二维金属性过渡金属硫属化合物的可控制备和潜在应用

二维金属性过渡金属硫属化合物(metal transition metal dichalcogenides, MTMDCs)由于其独特的物性(如电荷密度波相转变、超导和磁性等),以及在先进纳米电子学和能源相关领域的应用潜力而受到研究者的广泛关注.为了实现基本物性研究和多方面的应用探索,化学气相沉积(CVD)技术被引入到高质量二维MTMDCs材料的制备中,成功地合成了厚度可调的超薄MTMDCs纳米片、大面积均匀的超薄薄膜、垂直取向的纳米片阵列和高质量的纳米片粉体等. CVD方法可以兼顾大畴区、层厚可调和高晶体质量的材料制备需求,还能与目前的半导体工艺相兼容,因而受到人们广泛关注.二维MTMDCs材料具有高的电导率,可以作为单层/少层半导体性过渡金属硫属化合物(transition metal dichalcogenides, TMDCs)的电极材料,改善晶体管器件的电极接触,从而提升器件性能.此外,二维MTMDCs纳米片也可作为高效的催化剂应用于电化学析氢反应,其催化性能显著优于单层/少层MoS₂等半导体性TMDCs催化剂.本文综述了二维MTMDCs材料的CVD制备...     

二维过渡金属二硫属化合物的应力调控

二维过渡金属二硫属化合物(TMDs)因其优异的性质,在光电器件、能量存储、催化等领域具有重要的应用价值.调节材料的晶格结构可以有效地调控其性质并扩展其应用领域,而应力调控是一种高效调节二维TMDs晶格结构与性质的重要方法.在过去的几年中,研究人员不断丰富应力调控二维TMDs的策略,拓展其在柔性光电器件、传感器、催化以及储能等领域的应用.本文主要综述了应力调控二维TMDs结构的各种策略、性质的调控效果以及在器件中的应用,展望了应力调控二维TMDs的发展趋势,并指出了未来研究中存在的挑战.     

面向微电子应用的二维过渡金属硫族化合物制备进展

二维原子晶体材料所独有的结构特性带来了诸多优异的性质.与石墨烯相比,二维过渡金属硫族化合物(TMDs)拥有不同大小且可调控的带隙,在微电子和光电器件领域有着广阔的应用前景.本文对二维TMDs材料"自上而下"和"自下而上"的制备方法进行了总结,对比了机械剥离、液相剥离和化学气相沉积等常见制备技术,并归纳了各自的优缺点.同时基于未来晶圆级二维TMDs器件,重点介绍了化学气相沉积法及其面向应用需要解决的问题.最后总结了二维TMDs材料在微电子器件应用中的研究进展.     

二维过渡金属硫族化合物纳米异质结气体传感器研究进展

二维过渡金属硫族化合物(2D TMDs)在气体传感方向的应用中具有显著的"先天"优势,表现出如灵敏度高、响应速度快、能耗低以及能在室温下工作等诸多优点.相对单一的2D TMDs而言,基于2D TMDs纳米异质结的气体传感器展现出更加优越的气体传感性能.本文将系统总结2D TMDs纳米异质结气体传感器的研究进展,尤其是2D TMDs与金属氧化物、金属硫化物、碳基纳米材料以及量子点之间形成的纳米异质结设计、构效关系以及传感机理等关键科学问题.传感材料和传感机制上的创新对提升传感性能并拓展传感功能具有重要的科学意义.通过对纳米异质结气敏机理的深入探究,有望实现纳米异质结结构的人为设计和可控制备,提高室温下对目标气体的高灵敏选择性识别和检测.在纳米异质结的结构设计上,以TMDs材料为导电主体,在其表面生长各种纳米结构,通过对纳米异质结表面酸碱性、功函数、气体分子极性以及纳米异质结与气体分子之间的氧化还原反应性质进行调控,来构筑基于TMDs的纳米异质结.此外,控制负载在二维TMDs上纳米颗粒尺寸小于两倍电子耗尽层厚度,充分发挥纳米颗粒量子限域效应,以纳米颗粒充当传感的"天线分子"或"探针分子",实现对目标气体分子的高灵敏选择性识别和检测.     

二维过渡金属硫族化合物的研究进展

二维过渡金属硫族化合物(transition metal dichalcogenides, TMDCs)是继石墨烯之后的新型范德瓦耳斯材料,由于其天然的二维特性以及强自旋轨道耦合作用(spin-orbital coupling, SOC),导致诸如金属-绝缘体转变、电荷密度波(charge density wave, CDW)、能谷电子学、非常规超导电性等新颖物理性质的出现,使得这类材料成为研究低维量子物理的又一理想平台.其中能谷电子学与拓扑超导已经成为近年来凝聚态物理前沿研究的热点方向.本文在综述TMDCs材料的结构与基本物理性质的基础上,重点介绍了最近发展的用于生长原子层厚度的TMDCs材料的熔盐辅助化学气相沉积方法、在Se掺杂的MoSexTe_2-x薄膜中实现的T_d相到1T′相再到2H相的结构相变与超导增强现象,以及在少层T_d-MoTe₂中发现的非对称性SOC作用引起的类伊辛超导现象.最后,展望了TMDCs材料的潜在应用与可能存在的拓扑超导.     

一些含铁镍金属间键化合物的合成和结构

Hoffmann等人曾提出“等瓣类似性”(Isolobal Analogy)的概念来描述两个碎片的相似性,当两个碎片的前线轨道的数目、对称性、近似能量和形状以及其中的电子数相似时,这两个碎片就称为等瓣性碎片(其间关系用气(?)表示)。等瓣性碎片可以相互作用给出分子,但并不保证这些分子都是动力学和热力学上稳定的。基于这一概念,如下图所示,Fe(CO)_4和(PR_3)_2Ni是等瓣性碎片:     

TiAl金属间化合物价电子结构及脆性

一、引言 具有LI_0型结构的TiAl合金以其低比重、高强度、耐腐蚀、抗氧化,尤其随温度升高屈服强度增加(单晶)等特点而倍受注目。但TiAl合金的室温脆性限制了其应用。尽管影响脆性     

新人造金属的诞生——石墨层间化合物

若在石墨层之间插入各种不同的物质就会制造出几百种丰富多彩的金属。1.层间化合物的巧合我对石墨层间化合物这样的物质群的关心,是七年以前-1975年夏天的事。当时,我旅居在英国的剑桥大学卡文迪许实验室,同剑桥大学名誉教授莫特爵士(内维尔·莫特爵士:获1977年度诺贝尔物理学     

过渡金属元素和非过渡金属元素间二元化合物形成规律

应用扩充的Miedema合金相元胞模型,以电负性φ、Wagnet-Seitz元胞电子云密度为nwa^1/3、原子半径R、价电子数Z及其函数张成多维空间,总结过渡金属元素和非过渡金属元素间二元经合物的形成规律,寻找中间化合物形成区域的数学模型,求得的数学模型可用于同类型的“未知”二元合金系化合物形成的预报,其效果比Miedema的二参数模型有较大的改善。     

二维材料异质结的可控制备及应用

二维材料异质结是由石墨烯、六方氮化硼、过渡金属二硫族化合物、黑磷等二维材料通过面内拼接或层间堆叠形成的,并由此可分为二维材料面内异质结和垂直异质结.二维材料面内异质结可以实现区域内载流子的特殊传输行为;而垂直异质结中的层间量子耦合效应能够导致新颖的物理特性,通过调节异质结构界面可调制器件的电学及光学性能.目前,随着电子器件、光电器件等对集成性、功能性的要求不断提高,二维材料异质结越来越多地受到研究者的关注,实现二维材料异质结结构(包括界面)的有效调控是构筑高性能、高集成器件的前提.本文主要对比各类二维材料异质结的制备方法,介绍主流的几类二维材料异质结基电子器件和光电器件的结构、工作原理和性能,展望有前景的新型制备方法,并指出二维材料异质结在实际应用中面临的挑战.     

与硅基技术兼容的二维过渡金属硫族化合物电子器件

作为现代信息社会的物理基石,以硅基材料为核心的集成电路极大推动了人类现代文明的进程.但是,随着晶体管特征尺寸微缩逐渐接近物理极限,传统硅基材料出现了电学性能衰退、异质界面失稳等挑战,导致集成电路数据处理能力提升难、功耗急剧增加等问题产生.超薄二维过渡金属硫族化合物(transition metal dichalcogenides, TMDCs)具有表面平整无悬挂键、电输运性能优异、静电控制力强、化学性质稳定等优势,可有效解决上述问题,被认为是后摩尔时代集成电路的最具潜力候选材料之一.目前,二维TMDCs集成电路研究在多个关键领域均取得了突破性成果,但距离产业化应用仍需要克服一些挑战.本文着重介绍了二维TMDCs材料与电子器件在集成电路应用的各方面优势,系统阐明了二维TMDCs集成电路在材料控制生长、范德华界面优化以及器件设计构筑等方面的关键科学问题,提出了相应解决办法和应对措施,分析了二维TMDCs集成电路产业化进程中的综合性挑战,明确了“与硅基技术兼容”二维TMDCs集成电路发展路线的优势、可行性与突破方向.     

合金化对Fe-Al金属间化合物价电子结构的影响

材料的显微结构与其原子杂化状态的价电子结构密切相关,这是材料的成分、结构和性能之间的本质反映。本文依据文献[1]所提供的计算方法,就Mo,Ti,Mn,Cu,Si,Ce对Fe_3Al合金价电子结构的影响进行了计算分析和研究,以期探索合金元素对Fe_3Al材料键络强度的影响。     

金属间化合物的热容估算式

金属间化合物的热容是重要的热物性。但其数据还很不完备,实际应用时常常需要进行估计。原则上,热容值可由统计热力学及光谱性质估计,但往往由于缺乏必要的数据而无法进行。对固体金属间化合物,本文提出一个新的热容估算方法。 将化合物的热容c_P分为二项:     

TiAl基金属间化合物的塑性变形行为

Kawabta等首次发现,Ti_(43)Al_(57)单晶化合物的强度,在某一温度以下表现出随温度上升而提高的反常效应(以下称为R效应)。而Lipisitt和Huang的研究工作指出,多晶TiAl(46—60at％Al)化合物,屈服强度随温度的升高而降低,与Kawabata的单晶实验结果     

金属原子簇化合物结构规律的探讨

近年来,金属原子簇化学有了迅速的发展。已合成出含有从三到三十多个金属原子的原子簇化合物,其中以含有三到六个金属原子的为最多。这对合成化学,催化理论,结构化学和量子化学的发展起着相当大的促进作用,因此,国内外在不断进行合成新的原子簇化合物实验     

碳纳米管分支结构及填充结构的可控制备

基于碳纳米管的电子器件,如开关、整流、存储、场效应、场发射已进行了广泛的研究,但是如何将这些独立的电子器件连接成一个功能系统,仍是纳米电子学领域的     

猕猴桃金属硫蛋白的结构建模

应用距离几何算法对金属硫蛋白的半胱氨酸富含区进行了结构预测,并结合同源模块法成功地完成了对猕猴桃金属硫蛋白三级结构的建模。结果表明,植物金属硫蛋白也像哺乳动物金属硫蛋白一样具有独立形成两个金属硫络合族的结构基础,本方法可应用于其他同类蛋白的三级结构建模。     

过渡金属原子簇化合物——一个日趋活跃的化学新领域

近十多年来,有一类新型化合物——过渡金属原子簇化合物,在化学领域中新军崛起,吸引了人们的注意和重视,其发展方兴未艾。过渡金属原子簇(tronsition metal cluster)化合物通常是指含有一个或多个足够强的金属-金属键(简称M-M键)的两核或多核金属络合物。     

纳米结构的过渡金属氮化物复合物储能材料

日益凸显的能源安全与气候变化问题引发了人们对可再生能源的不懈追求,从而带来储能电池的革命性发展.高性能储能电池应该具有高能量密度、高功率密度、高安全性能、长使用寿命等诸多特征,这就要求人们研究开发新型电极材料.近年来,纳米材料以其独特的表面效应、小尺寸效应以及量子尺寸效应从而产生强大电荷储存能力引起人们的广泛关注.本文综述了近年来本课题组在过渡金属氮化物纳米复合材料用于储能领域的研究进展,基于电子和离子混合传输理念和有利的电荷跃迁界面,阐述了其在高性能锂离子电池和超级电容器等方面的应用.     

若干金属间化合物晶格常数和晶格稳定性的规律性

我们用计算机人工神经网络和化学键参数方法相结合,总结金属间化合物晶格常数的规律性.取141个已测过晶格常数的金属间化合物(分别属于MgCu_2,MgZn_2,AuCu_2,CsCl晶型)为训练集,以A,B元素的原子半径(Teatum值)、价电子数和Pauling电负性为人工神经网络的输入值,用BP法训练有三层节点的人工神经网络,用交叉检验法考查对未知金属间化合物晶格常数的预报能力.结合表明预报误差(方差值)在0.01nm左右.这说明:金属间化合物的晶格常数是主要取决于原子半径、电负性和价电子数的函数.