面向产业化的二维材料研究 | Nature Communications 合集

十五年来，石墨烯及相关二维 (2D) 材料一直是研究和开发的核心，但基于该技术的产品的市场渗透率却落后于预期。本文整理了一个发表于 Nature Communications 上研究合集，其中包含了原子薄材料的近期研究进展和面临的主要挑战，特别关注二维技术在商业层面上的未来潜力。

大规模合成石墨烯等二维材料走向工业化

石墨烯和其他2D材料的有效应用在很大程度上依赖于具有适当形貌和质量的薄膜和粉末的工业化生产。本文作者讨论了三种最先进的大规模生产技术，以及它们的局限性和未来改进的潜力。

文献链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-022-29182-y

用于未来异质电子的二维材料

十五年来，石墨烯和相关的二维 (2D) 材料一直是科学和工程研究的活跃领域。石墨烯和二维材料(2DM)在首次报道后的15年里一直是科学和工程领域的活跃研究领域。 大量的可用数据和器件演示的高性能让人们对2D材料在电子、光子学和传感领域的应用潜力毫不怀疑。那么，集成芯片和支持产品在哪里呢？我们试图通过总结迄今为止阻碍 2D 材料应用的主要挑战和机遇来回答这个问题。

文献链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-022-29001-4

二维纳米结构杂化材料的电化学储能性能

人们对二维纳米材料快速增长的兴趣被其自然的重新堆叠趋势所破坏，这严重限制了它们的实际应用。新型多孔异质结构将二维纳米片与单层介孔支架相协调，为进一步拓展适合电化学储能技术的先进材料库提供了机会。

文献链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-021-23819-0

基于二维材料的固态电子器件的成品率、可变性、可靠性和稳定性 

对基于二维材料的电子设备和电路进行统计分析的重要性有时会被忽视。在这里，作者讨论了此类设备最迫切的集成问题，并强调了对成品率、可变性、可靠性和稳定性基准测试的需求，并概述了可行的策略，从而产生对行业有用的研究论文。

文献链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-020-19053-9

利用范德华材料的纳米光子生物传感器

低维范德华 (vdW) 材料可以利用紧密受限的极化波为纳米光子生物传感提供独特的优势。与在金属薄膜中依赖表面等离子体共振的传统纳米光子器件相比，vdW 材料的维数降低，如二维石墨烯，可以极大地增强等离子体场限制，提高灵敏度和效率。此外，vdW 材料中介电屏蔽的减少使不同极化子模式的静电可调性成为可能，包括等离子体、激子和声子。一维 vdW 材料，特别是单壁碳纳米管，具有独特的形状因子和受限激子，可实现单分子检测和体内生物传感。作者讨论了基于 vdW 材料的基本传感原理，其次是表面化学、整合和毒性等技术挑战。最后，我们强调了在利用 vdW 材料来展示传统金属/电介质传感器难以实现的新传感功能方面取得的进展。

文献链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-021-23564-4

低维材料的抗病原特性及应用

抗菌素耐药性是一个日益严重的全球性问题，低维材料已成为一种潜在的解决方案。本文，作者回顾了低维抗菌剂在材料合成、作用模式和当前应用方面取得的进展。

文献链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-021-23278-7

通过晶圆键合实现二维材料及其异质结构的大面积集成

现有的二维材料集成方法往往会降低材料的性能，并且不能与工业加工相兼容。本文，作者设计了一种粘合晶圆键合策略来转移和堆叠单层，适用于 2D 材料的后端集成。

文献链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-021-21136-0

用于超快石墨烯基电吸收调制器的六方氮化硼和高 κ 电介质的 2D-3D 集成

本文，三维氧化铪和二维六方氮化硼集成在双层石墨烯光调制器的绝缘部分，从而实现了 39 GHz 的最大带宽并提高了调制效率。

文献链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-021-20926-w

用于超高存储密度磁性介质的石墨烯涂层

硬盘驱动器(hdd)面积存储密度的主要限制是保护磁盘介质的碳涂层厚度。在这里，2纳米厚的石墨烯涂层具有更好的耐腐蚀、耐磨性和耐辐照性，可以满足实现4-10 Tb/in² HDD 热辅助磁记录的要求。

文献链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-021-22687-y

资料来源：Nature Communications