IF 15.8！非范德华半金属W₅N₆的尺寸缩减与电阻率保持

本文精选

过渡金属氮化物（TMNs）的块体相因其高导电性和耐火特性，长期以来作为涂层材料、电催化剂和扩散阻挡层被广泛研究。将TMNs缩减至二维（2D）形式将为现有二维材料库提供有价值的成员，并在各种应用中具有潜在的性能提升。此外，理论计算预测在二维极限下TMNs中会出现不寻常的物理现象。在本研究中，我们采用原子取代方法合成了厚度可调（从几十纳米到2.9纳米）的二维W₅N₆。所得薄片表现出高结晶度和光滑表面。对15个样品的电学测量显示，其平均电导率为161.1 S/cm，且随着厚度从45.6纳米减小到2.9纳米，电导率保持不变。观察到的弱栅极调控效应表明合成的二维W₅N₆具有半金属特性。进一步研究转化机制揭示了前驱体中硫族空位在引发反应中的关键作用以及应变在转化传播中的作用。我们的工作为二维材料库引入了一种理想的半金属晶体，并为未来合成设计提供了机制上的见解。

创新点

1. 通过原子取代方法成功合成了厚度可调的二维W₅N₆，填补了二维材料库中半金属材料的空白。

2. 在厚度从45.6纳米减小到2.9纳米的过程中，二维W₅N₆的电导率保持不变，展现了其优异的电学性能。

3. 阐明了前驱体中硫族空位和应变在二维W₅N₆合成中的关键作用，为未来材料设计提供了理论指导。

4. 通过弱栅极调控效应证实了二维W₅N₆的半金属性质，为研究其物理现象奠定了基础。

对科研工作的启发

1. 通过原子取代等方法，可以将更多传统块体材料缩减至二维形式，拓展二维材料库。

2. 在材料尺寸缩减过程中保持其性能的机制值得深入研究，为纳米器件的设计提供指导。

3. 揭示的转化机制为未来合成其他二维材料提供了新思路，特别是涉及硫族空位和应变的材料体系。

4. 二维W₅N₆的半金属特性为其在电子器件、传感器等领域的应用提供了可能性。

思路延伸

1. 该方法可推广至其他过渡金属氮化物的二维化研究，探索其独特性能。

2. 将二维W₅N₆与其他二维材料结合，构建异质结构，研究其界面效应和协同性能。

3. 利用二维W₅N₆的高电导率和半金属特性，开发高性能场效应晶体管、传感器和光电探测器。

4. 结合二维W₅N₆的柔性和导电性，开发柔性电子器件和可穿戴设备。

在医学领域的应用

1. 生物传感器：二维W₅N₆的高导电性和表面特性可用于开发高灵敏度生物传感器，用于检测生物分子。

2. 药物递送系统：利用二维W₅N₆的纳米片结构，可设计药物载体，实现药物的可控释放。

3. 抗菌材料：二维W₅N₆的表面活性可能赋予其抗菌性能，用于开发抗菌涂层或伤口敷料。

4. 光热疗法：二维W₅N₆的光学特性可用于光热疗法，通过局部加热杀死癌细胞。

5. 组织工程支架：二维W₅N₆的柔性和导电性可用于设计组织工程支架，促进神经或肌肉组织的再生。

Wearable Biodevices Based on Two-Dimensional Materials: From Flexible Sensors to Smart Integrated Systems

Nano-Micro Lett. (IF 31.6)

Pub Date  : 2025-01-15

DOI : 10.1007/s40820-024-01597-w

Yingzhi Sun, Weiyi He, Can Jiang, Jing Li, Jianli Liu, Mingjie Liu

入群交流

围绕二维材料Frontier研究方向，建有“学术交流群”