清華新聞網(wǎng)9月22日電 二維材料，包括石墨烯、過(guò)渡金屬硫族化合物、六方氮化硼等，具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)，在能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換、熱管理、柔性電子器件、功能復(fù)合材料、生物醫(yī)用等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。高質(zhì)量二維材料的大規(guī)?？煽刂苽溲芯渴前l(fā)展其廣泛應(yīng)用的前提，也是材料科學(xué)領(lǐng)域的國(guó)際前沿課題和研究熱點(diǎn)。然而，開(kāi)發(fā)能夠制備大尺寸、高質(zhì)量超薄二維納米片的高產(chǎn)率普適性剝離方法，仍然具有挑戰(zhàn)性。
發(fā)現(xiàn)石墨烯所用的微機(jī)械剝離方法，是通過(guò)Scotch?膠帶制備出質(zhì)量最高的二維納米片，但其由于產(chǎn)量低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)規(guī)?；苽?。值得一提的是，在這個(gè)方法中，發(fā)揮剝離功能的正是膠帶上的粘結(jié)型高分子。
近日，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院材料研究院劉碧錄團(tuán)隊(duì)提出了一種高效的、普適性的膠水輔助研磨剝離法，以粘結(jié)型高分子作為力傳輸劑，通過(guò)研磨儀引入剪切力，實(shí)現(xiàn)了大尺寸、超薄、高質(zhì)量二維材料的規(guī)?；苽洹；诿芏确汉碚?，模擬計(jì)算揭示了剝離制備的成功來(lái)源于粘結(jié)型高分子與層狀材料之間的粘接能大于層狀材料的剝離能，因此在外加剪切力的作用下，層狀材料發(fā)生層間滑移，進(jìn)一步被剝離成二維材料。膠水輔助研磨剝離法可以用來(lái)制備六方氮化硼、石墨烯、二硫化鉬、二硫化鎢、硒氧化鉍、云母、蛭石、蒙脫石等多種二維材料。同時(shí)，它在一步法構(gòu)筑二維材料/高分子復(fù)合材料方面具有巨大的應(yīng)用潛力，制備得到的二維氮化硼納米片/高分子復(fù)合薄膜和二維二硫化鉬基催化劑，分別在絕緣導(dǎo)熱薄膜和電解水制氫應(yīng)用中表現(xiàn)出優(yōu)良的性能。以上研究結(jié)果為二維的規(guī)?；苽渑c復(fù)合材料應(yīng)用提供了新思路，相關(guān)應(yīng)用策略有望進(jìn)一步拓展到其他二維材料及功能型高分子體系中。
圖1.膠水輔助研磨剝離法的機(jī)理及示意圖
圖2.膠水輔助研磨剝離法制備的二維氮化硼納米片的表征
圖3.膠水輔助研磨剝離法的普適性：多種二維材料的制備
圖4.膠水輔助研磨剝離法制備的二維氮化硼納米片/高分子復(fù)合薄膜應(yīng)用于絕緣導(dǎo)熱
圖5.膠水輔助研磨剝離法制備的二維二硫化鉬基催化劑應(yīng)用于大電流密度電解水制氫
相關(guān)研究成果近期以《膠水輔助研磨剝離法制備大片徑二維材料及其在絕緣導(dǎo)熱和大電流密度制氫中的應(yīng)用》（Glue-Assisted Grinding Exfoliation of Large-Size 2D Materials for Insulating Thermal Conduction and Large-Current-Density Hydrogen Evolution）為題在線(xiàn)發(fā)表于《今日材料》（Materials Today）上。論文第一作者為清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院博士后楊柳思，通訊作者為劉碧錄副教授。論文作者還包括清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院成會(huì)明教授、鄒小龍副教授、丘陵副教授和南方科技大學(xué)林君浩副教授，以及清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院博士王大帥、劉閩蘇、余強(qiáng)敏，博士研究生劉鶴鳴、譚雋陽(yáng)、王婧云，碩士周赫元，碩士研究生王仲玥。該研究由國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)博士后科學(xué)基金，以及深圳市科創(chuàng)委、經(jīng)信委和發(fā)改委等部門(mén)支持。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.mattod.2021.08.009
供稿：深圳國(guó)際研究生院
編輯：李華山
審核：曲田
