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不过,与其他纯元素二维材料一样,黑磷能与氧气和水发生非常强的反应。“在24小时后,我们可以看到材料表面的气泡,然后整个设备在数日内就会失效。”得州大学奥斯汀分校二维黑磷单晶专家Joon-Seok Kim说。如果要使其持续数小时,就需要将它夹在其他材料层之间。这种天然的不稳定性,使制造设备十分困难。因此,法国艾克斯˙马赛大学物理学家Guy Le Lay预计,目前有关黑磷的80%的论文仍停留在理论阶段。
而且,中国台湾新竹“国立清华大学”材料学教授Yi-Hsien Lee也表示,二维黑磷单晶之所以获得一些研究人员的青睐,是因为这种材料易于上手——像石墨烯那样,可以轻而易举地用透明胶带剥落黑鳞的薄片。“这是同一种方法。但这并不意味着,二维黑磷单晶前景大好。”
尽管如此,张远波和Ye在制造黑磷晶体管方面仍取得成功。而且,今年首个硅烯晶体管问世。两年前,科学家曾指出,现有技术无法制造硅烯晶体管。“因此,预测未来通常十分危险。”Le Lay开玩笑称。但Le Lay认为仍有困难难以克服。
正当一些物理学家在寻找新二维材料,并试图弄清其特性时,其他人则在将它们夹在一起。“与试图选出一种材料并说这是最好的不同,或许最好的方法是将它们以某种方式结合在一起,以便它们不同的特性能被适当应用。”Kis说。这可能意味着,堆积不同的二维材料,制成微小、密集三维环路。
实际预测
欧盟石墨烯旗舰项目负责人、瑞典歌德堡查尔姆斯理工大学物理学家Jari Kinaret表示,当前围绕二维材料的熙攘,让人联想到2005年石墨烯带给人们的兴奋。该项目也研究其他二维材料。但Kinaret警告称,可能需要20年才能预估这些材料的潜在性能。“最初的二维材料研究主要关注其电子特性,因为这更接近物理学家的内心。”Kinaret说,“但我认为,这些应用如果能到来,可能完全出乎意料。”
那些在实验室里看上去很好的材料,通常在现实世界里无法发挥其功效。所有二维材料面临的一个重要问题是,如何便宜地制造统一、无缺陷的薄层。“粘带方法”能很好地适用于TMDC和黑磷,但却浪费时间。而且,在制作块体黑磷时,该方法成本较高。目前,没有人能从零开始完善单层二维材料的制备,更不必说物理学家认为有前途的分层结构了。“需要很长时间制作我们的异质结构。”华盛顿大学物理学家徐晓东(音译)说,“我们如何能加速或自动制备?还有很多工作需要做。”
这些实际问题将妨碍二维材料实现其最初的“愿景”。“有许多这样的工作,结果只是一时狂热。”Kis说,“但我认为如此多的材料和不同特性,将能确保产出一些结果。”同时,Coleman指出,二维材料王国正在扩张。单层砷烯也已经在研究人员头脑里占有一席之地。
“当人们开始扩展范围时,他们会发现具有优良性能的新材料。”Coleman说,“最令人兴奋的二维材料可能尚未制作出来。”
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