二维材料中的室温铁电性及器件应用
二维材料在电子器件中的应用前景
二维材料在电子器件中的应用前景随着科技的不断进步与发展，二维材料作为一种新兴材料在电子器件领域的应用前景备受关注。
二维材料，顾名思义，指的是仅有两个原子厚度的材料，具有独特的结构和性质，因此被认为是下一代电子器件技术的重要组成部分。
本文将探讨二维材料在电子器件中的应用前景。
首先，二维材料的薄度使得电子器件的尺寸更小，能够实现更高的集成度。
传统的三维材料由于尺寸和结构的限制，无法满足电子器件小型化的需求。
而二维材料的出现，带来了新的可能性。
以石墨烯为例，它仅有一个原子厚度，具有优异的电学性能，能够在纳米级尺寸上构建高性能的电子器件。
这为电子器件的发展提供了新的方向和机遇。
其次，二维材料具有独特的电学性能，能够应用于各种类型的电子器件。
例如，石墨烯具有高载流子迁移率和超高的电导率，使其成为理想的电极材料。
二维过渡金属硫化物具有可调控的带隙宽度和优异的光学性能，使其适用于光电器件。
此外，二维材料还具有优异的热导率和机械强度，可应用于热管理和柔性电子器件等领域。
因此，二维材料不仅可以应用于传统的晶体管和电路等电子器件，还可以用于太阳能电池、光电探测器、传感器等各种新兴器件。
此外，二维材料在电子器件中的应用还可以通过二维异质结构实现更多功能和性能的发展。
通过将不同种类的二维材料层叠在一起，形成二维异质结构，可以利用各个材料的特性相互补充，实现器件性能的优化。
例如，将石墨烯与二硫化钼层叠在一起，可以实现更高的光吸收和电荷传输效率，提高光伏器件的转换效率。
这种异质结构的设计和构建为电子器件的多功能和高性能提供了新的可能性。
然而，虽然二维材料在电子器件中具有巨大的潜力，但仍存在一些挑战和问题需要解决。
首先，大规模的二维材料制备仍然是一个难题，需要找到可靠、高效的制备方法。
其次，二维材料的稳定性和可持续性需要进一步提高，以确保器件的长期稳定性和可靠性。
此外，二维材料的集成和加工技术也需要不断发展和完善，以实现其在大规模生产中的应用。
二维材料在光电器件中的应用
二维材料在光电器件中的应用二维材料是一种具有特殊结构和性质的材料，具有许多独特的应用前景。
在光电器件领域，二维材料的应用逐渐受到关注和研究。
这篇文章将介绍二维材料在光电器件中的应用，并探讨这些应用的优势和挑战。
1. 二维材料概述如今，我们已经能够制备出多种二维材料，其中最著名的是石墨烯。
石墨烯具有单原子厚度、高导电性和独特的光学特性，成为了二维材料研究领域的重要代表。
除了石墨烯，磷烯、硼氮化物和过渡金属二硫化物等二维材料也引起了广泛的兴趣。
2. 光电器件中的应用(1) 光电探测器由于二维材料的独特光学和电学特性，它们在光电探测器中具有广泛的应用。
例如，石墨烯能够吸收宽波长范围的光线，并具有快速的电荷传输速度，因此适用于高性能的太阳能电池和光电探测器。
此外，过渡金属二硫化物也显示出优异的光电性能，可以用于制备高灵敏度的探测器。
(2) 光电调制器二维材料的光学特性可以被外界电场调控，因此可以应用于光电调制器。
通过施加外部电场，可以改变二维材料的折射率或吸收性能，从而调制光信号。
这种特性使二维材料在光通信和光信号处理中具有重要应用的潜力。
(3) 光催化剂二维材料在光催化剂领域的应用也备受研究者关注。
例如，二维过渡金属二硫化物可以作为光催化剂来促进光解水反应，产生氢气。
这种反应对于清洁能源的开发具有重要意义，并具有巨大的应用潜力。
3. 应用优势和挑战尽管二维材料在光电器件中具有广阔的应用前景，但仍然存在一些挑战。
首先，目前二维材料的制备方法比较复杂，制备过程中往往需要特殊的实验条件。
其次，二维材料的稳定性也是一个问题，特别是在环境中容易受到氧化或湿气的影响。
此外，对于一些应用来说，二维材料的尺寸和形状控制也是一个挑战。
然而，二维材料的应用优势也是显而易见的。
首先，二维材料具有超薄的结构，可以有效降低光学损耗。
其次，二维材料具有高载流子迁移率，可以实现快速的电荷传输。
此外，其与其他材料的异质结合可以形成新型的光电器件，进一步扩展了二维材料在光电器件中的应用范围。
二维铁电材料的优势
二维铁电材料的优势二维铁电材料是一类特殊的二维材料，它们具有铁电性，即在外加电场的作用下，材料的极化方向可以发生改变。
这种独特的性质使得二维铁电材料在电子学、光电子学、传感器和能量转换等领域具有广泛的应用前景。
以下是二维铁电材料的一些主要优势：1.原子尺度的厚度：二维铁电材料的厚度通常在原子尺度，这使得它们具有极高的比表面积。
这种特性使得二维铁电材料在制备微型化、高性能的电子器件和传感器方面具有独特的优势。
此外，原子尺度的厚度还使得二维铁电材料在光电子学领域具有优异的光吸收和光发射性能。
2.优异的铁电性能：二维铁电材料具有稳定的自发极化，且在外加电场下具有可切换的极化特性。
这种特性使得二维铁电材料在制备非易失性存储器、场效应晶体管等电子器件方面具有巨大的潜力。
与传统的三维铁电材料相比，二维铁电材料在尺寸、功耗和速度方面具有更好的性能。
3.丰富的物理现象：二维铁电材料与各种功能材料（如半导体、金属、有机化合物等）结合，可以产生丰富的物理现象，如磁电耦合效应、铁电场效应、晶格应变效应、隧穿效应和光电效应等。
这些物理现象为二维铁电材料在多功能电子器件和光电器件方面的应用提供了广阔的空间。
4.易于集成：二维铁电材料具有原子层厚度的特点，使得它们可以轻松地与其他二维材料或三维结构进行集成。
这种易于集成的特性使得二维铁电材料在构建复杂、多功能的电子系统和光电子系统方面具有独特的优势。
5.良好的机械柔韧性：由于二维铁电材料的厚度非常薄，它们通常具有良好的机械柔韧性。
这种柔韧性使得二维铁电材料在可穿戴电子、柔性显示和可弯曲传感器等领域具有广泛的应用前景。
6.环境友好：与传统的三维铁电材料相比，二维铁电材料的制备过程通常更为简单、环保。
此外，由于二维铁电材料具有原子尺度的厚度，它们在资源利用和能源消耗方面也更为高效。
7.独特的光学性质：二维铁电材料的光学性质因其特殊的电子结构和原子排列而异于传统材料。
例如，某些二维铁电材料具有优异的光吸收、光发射和光电导性能，这使得它们在太阳能电池、光电探测器和发光二极管等光电器件方面具有广泛的应用前景。
二维材料的磁电性能研究及应用展望
二维材料的磁电性能研究及应用展望引言：随着纳米科技的快速发展，二维材料作为一类新型功能材料引起了广泛关注。
二维材料具有独特的结构和优异的物理化学性质，其中的磁电性能受到了研究者的特别关注。
本文将介绍二维材料的磁电性能的研究进展，并探讨其在未来的应用展望。
一、磁电效应在二维材料中的研究进展1. 磁电耦合效应的发现二维材料在外界电场或磁场的作用下呈现出磁电效应，即磁场或磁矩与电场或电极之间的相互作用。
早期的研究主要集中在石墨烯等碳基二维材料上，发现了石墨烯在低温下出现磁电效应。
随后，人们开始拓展研究范围，发现了其他二维材料中的磁电效应，如二硫化钼等。
2. 磁电性能的调控与优化为了实现二维材料中磁电效应的调控与优化，研究者们采用了多种方法。
例如，通过外界电场的调控，可以改变二维材料中的电子结构和磁性，从而实现磁电效应的调控。
另外，通过合金化、混合杂化以及掺杂等方法，也可以有效地调控二维材料的磁电性能。
二、二维材料的磁电性能应用展望1. 传感器领域应用二维材料具有超薄、高表面积等特点，对外界的微小电场和磁场变化非常敏感。
因此，在传感器领域中，二维材料具有广阔的应用前景。
例如，二维材料可以被用作高灵敏度的压力传感器，通过测量材料在外力作用下的电阻或电容变化，实现对压力的精确检测。
2. 电子器件开关控制由于二维材料磁电性能的存在，可以将其用于电子器件的开关控制。
例如，利用电场调控磁性二维材料的性质，可以将其作为电子开关，实现可控的电子通断。
这种开关具有快速响应速度和低功耗的优点。
3. 磁存储技术磁存储技术一直是信息科技领域的热点研究方向。
二维材料作为一种新型材料，具有独特的磁电性能，可能成为未来磁存储技术的重要组成部分。
通过对二维材料的磁电性能的深入研究，可以实现在小尺寸磁存储器件中的高密度数据存储，从而提高数据存储的容量和速度。
结论：二维材料的磁电性能在纳米科技领域具有广泛的应用前景。
通过深入研究，人们不断发现新的磁电效应，并通过调控和优化二维材料的磁电性能来实现具体的应用。
二维材料的电学和光学性质研究
二维材料的电学和光学性质研究二维材料，顾名思义，是指只有两个维度的材料，比如石墨烯、磷、硫化钼等。
二维材料的发现和研究已经是近年来材料科学领域的一大热点，因为这些材料具有许多独特的电学和光学性质，这些性质不仅具有科学价值，而且还有巨大的应用前景。
本文将讨论现有研究中已经证实的和潜在的二维材料的电学和光学性质。
一、电学性质1.1 石墨烯的高载流子迁移率石墨烯被誉为二维材料中的明珠，它的独特性质主要在于它极高的载流子迁移率，这是它应用于电子器件的关键。
石墨烯的载流子迁移率理论上可以达到数十万，实验中也已经得出了接近于理论值的数值。
这意味着，用石墨烯做电子器件可以实现极高的电子迁移速度，因此被认为有望替代传统的硅材料。
1.2 砷化镓的高电子迁移率砷化镓也是一种重要的二维材料，它具有比石墨烯更高的电子迁移率，这使得它在高速电子器件中的应用越来越广泛。
相对于石墨烯，砷化镓的电子迁移率更高的原因在于它的基底是半导体材料，而石墨烯的基底是导体材料，容易受到杂质和缺陷的影响。
1.3 磷的独特电学性质磷是另一种具有独特电学性质的二维材料。
研究表明，磷单层可以实现有效的电子输运，并且其电子带隙可以通过不同方向的伸缩变形而被打开和关闭。
这意味着，通过外部的控制，可以调节磷的电学性质，从而实现电子器件的可编程性。
二、光学性质2.1 石墨烯的光学透明性石墨烯除了具备高载流子迁移率外，还具有极高的光学透明性。
石墨烯的单层可以达到97.7%的透光率，这意味着它可以作为透明电极应用于柔性显示器等光电器件中。
此外，石墨烯还可以吸收远红外和紫外光，因此也有很好的应用前景。
2.2 硫化钼的光催化性能硫化钼是一种可用于光催化应用的二维材料。
研究表明，硫化钼单层具有优异的光催化能力，可以用于水分解、有机物降解等环境治理和能源领域的应用。
硫化钼的光催化效率高主要是由于它的带隙宽度适中，可以吸收可见光，同时还具备良好的结构和稳定性。
2.3 磷化硅的可调谐光学性能最近的研究表明，磷化硅可以通过实验室制造出单层的形式，并且具有独特的可调谐光学性质。
二维材料在半导体器件中的应用
二维材料在半导体器件中的应用随着科技的不断进步，二维材料作为新型材料受到了广泛的关注。
二维材料是指在一个平面上只有一层原子厚度的材料，最具代表性的是石墨烯。
由于其独特的物理和化学性质，二维材料已经成为半导体器件中的一种重要候选材料。
本文将探讨二维材料在半导体器件中的应用。
一、二维材料的结构特点二维材料具有以下结构特点：首先，由于只有一层原子厚度，二维材料具有极高的表面积与体积比；其次，二维材料具有较高的载流子迁移率，这是由于它们在一维限制下，电子减小了散射的可能性，从而提高了电子的迁移速度；此外，二维材料还具有优异的机械性能和光学性能，这些特点使其成为半导体器件的理想材料。
二、二维材料在场效应晶体管中的应用其中一种最典型的二维材料在半导体器件中的应用是石墨烯在场效应晶体管中的应用。
石墨烯具有极高的电子迁移率和优异的热导率，因此可以作为高速晶体管的通道材料。
在石墨烯场效应晶体管中，通过调节输入栅极电压，可以实现对电子的控制和调节，从而实现电流的开关。
这一特性使得石墨烯场效应晶体管具有极高的开关速度和优异的性能。
三、二维材料在光电器件中的应用除了在场效应晶体管中的应用外，二维材料还具有许多在光电器件中的应用潜力。
例如，石墨烯由于其优异的光学性能，在光传感器和光探测器中具有广泛的应用前景。
由于二维材料能够吸收宽波长范围的光线，并且具有较高的量子效率，使其成为制造高效光电转换器件的理想材料。
此外，二维材料还可以用于制备柔性显示器件、激光器件等。
四、二维材料在能源领域中的应用二维材料在能源领域中也具有重要的应用前景。
一方面，二维材料可以作为电极材料用于锂离子电池等储能装置中，其高表面积和低阻抗特性可以提高电池的充放电效率；另一方面，二维材料也可以用于制备光伏和光化学电池，通过吸收光能将其转化为电能，从而实现能源的可持续发展。
综上所述，二维材料在半导体器件中的应用十分广泛，并具有重要的科学意义和应用价值。
在未来，随着对二维材料的深入研究，相信会有更多的新型半导体器件涌现出来，为我们的生活和科技发展带来更多的便利与惊喜。
关于二维半导体材料cuInP2S6晶体的性质与铁电材料的理论模型
关于二维半导体材料cuInP2S6晶体的性质与铁电材料的理论模型今天瑞禧小编RL整理并分享关于二维半导体材料cuInP2S6晶体的性质与铁电材料的理论模型：铁电材料是应用广的一大类功能材料,铁电性的有效利用和新功能效应的发现都有赖于对铁电性内在本质的深入理解。
铁电相变是自发极化产生(或消失）的过程，自然地成为这些研究的核心问题。
实验上观测到的铁电相变及有关物理现象丰富多彩。
铁电有序的建立不但涉及晶体结构的变化，而且涉及电子结构的变化;不但依赖于短程作用力,而且依赖于长程作用力。
这些都与例如铁磁相变等很不相同。
相关研究发展了多种理论模型，主要有:朗道理论、软模理论及横场Ising 模型。
朗道理论：铁电体的热力学理论始于二十世纪40年代,最早的工作是Müller对罗息盐的研究。
基本思想是将自由能展开为极化的各次幂之和，并建立展开式中各系数与宏观参量之间的关系。
它的优点是只用少数几个参量便可以预言各种宏观可测量参量以及它们对温度的依赖性，便于实验检验。
在关于铁电体的著作中，热力学理论都占有相当大的篇幅,特别是Grindley的书专门对铁电体的热力学理论作了全面系统的论述。
铁电相变是结构相变的一类。
朗道理论可以应用于各种结构相变，这个理论本来是针对连续相变的，作适当推广之后也可用来处理一些一级相变的问题。
近年来朗道理论被用来处理低维铁电体取得了很大的成功。
软模理论及横场Ising模型：软模理论揭示了铁电相变的共性，指出铁电（和反铁电〉相变都只是结构相变的特别情况。
这个理论很快得到了实验的证实，促进了铁电体物理学的发展。
软模理论最初只是用来处理位移型系统，后来人们认识到，其基本观点也适用于有序无序系统。
不过在有序无序系统中，相变时软化的集体激发不是晶格振动模而是赝自旋波，后者描述了粒子在双势阱中的分布和运动。
赝自旋理论的主要模型是横场Ising 模型。
它将铁电体看成是有相互作用的赝自旋的集合，相互作用促进赝自旋的平行排列，而粒子在双势阱间的隧穿运动有利于顺电相的存在。
二维铁电纳米材料
二维铁电纳米材料是一种具有特殊性质的材料，它在电子学、信息存储、传感器等领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍二维铁电纳米材料的结构、性能、制备方法以及应用领域。
一、结构与性能二维铁电纳米材料通常是由铁电性元素（如钛、锆等）组成的纳米薄膜或纳米晶粒。
其独特的二维层状结构使得材料具有较高的电畴自由度，从而在微小温度或电场变化下表现出显著的光电、铁电和热电等特性。
这些特性包括极化、压电性、热释电性等，使其在微纳电子、生物医学、能源等领域具有广泛应用前景。
二、制备方法二维铁电纳米材料的制备方法主要包括物理气相沉积、化学气相沉积、液相合成等。
其中，物理气相沉积可用于制备纳米薄膜，而化学气相沉积则适用于合成纳米颗粒。
液相合成则通过模板法、自组装等方法制备具有特定结构和形貌的纳米材料。
三、应用领域1. 电子器件：二维铁电纳米材料可以应用于柔性电子器件中，如压力传感器、电容器、电子纸等。
其优异的电学性能和可弯曲性使其成为未来电子器件的理想材料。
2. 存储器件：二维铁电纳米材料具有高的存储密度和快速的读写速度，可应用于下一代存储器件，如铁电随机存取内存（FeRAM）。
3. 生物医学：二维铁电纳米材料具有生物相容性和良好的磁响应性，可用于生物成像、药物输送等领域。
4. 能源：二维铁电纳米材料在太阳能电池、燃料电池等能源领域具有潜在的应用价值，可通过调控其结构和表面性质来提高能源转化效率。
四、挑战与前景尽管二维铁电纳米材料具有广泛的应用前景，但仍面临一些挑战，如稳定性、尺寸效应、可量产性等。
此外，对其性能的调控和优化也是当前研究的重点之一。
随着科研技术的不断进步，相信二维铁电纳米材料将在未来发挥越来越重要的作用。
总之，二维铁电纳米材料是一种具有特殊性质的材料，具有广泛的应用前景。
通过不断的研究和开发，我们有望利用这些材料为电子学、生物医学、能源等领域带来更多的创新和突破。
二维铁电半导体沟道场效应晶体管
二维铁电半导体沟道场效应晶体管二维铁电半导体沟道场效应晶体管（2D Ferroelectric Semiconductor Channel Field-Effect Transistor）是一种基于铁电材料的晶体管，具有在沟道中引入铁电效应的特殊结构。
这种晶体管结构利用铁电效应来调控沟道电荷载流子的性质，从而实现对器件的控制。
以下是这种晶体管的主要特点和原理：
1.材料选择：沟道部分通常采用铁电半导体材料。
铁电材料表现出在外加电场下发生可逆极化的特性，这可以用来调节沟道的导电性质。
2.铁电效应：铁电效应是指材料在外部电场作用下能够表现出极化行为。
对于铁电半导体晶体管，沟道区域的铁电材料可以在外部电场的作用下发生极化变化。
3.电场调控：通过在晶体管结构中引入外部电场，可以调节铁电材料的极化状态，从而调控沟道的电子结构。
这种调控可以通过改变沟道中的载流子浓度或移动率，从而影响整个晶体管的导电性能。
4.非挥发性：铁电效应是一种可逆的效应，因此这种晶体管在关断状态下能够保持非挥发性。
这与传统的场效应晶体管（如硅基MOSFET）不同，后者通常需要持续的电源供应来维持开关状态。
5.应用：这种晶体管的铁电特性使其在一些非挥发性存储器和低功耗逻辑电路方面具有潜在的应用。
此外，铁电效应的可逆性也为器件的可重构性和可编程性提供了可能性。
需要注意的是，尽管二维铁电半导体沟道场效应晶体管具有潜在
的应用前景，但在实际制造和集成方面还存在一些挑战。
研究人员正在不断努力解决这些挑战，以推动这种新型晶体管技术的发展。
二维层状In2Se3材料的快速制备及结构特性研究
第52卷第10期2023年10月人㊀工㊀晶㊀体㊀学㊀报JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS Vol.52㊀No.10October,2023二维层状In 2Se 3材料的快速制备及结构特性研究俞书昕,金泽辛,陈㊀容,李㊀韬,祖翔宇,吴海飞(绍兴文理学院,绍兴㊀312000)摘要:In 2Se 3二维层状材料具有优异的光电㊁热电和铁电特性㊂目前In 2Se 3二维层状材料大部分通过对化学气相输运(CVT)法制备的块体In 2Se 3进行机械剥离获得,CVT 法制备工艺复杂㊁制备时间长㊁成本高,与之相比,布里奇曼(B-S)法具有制备工艺简单㊁制备效率高㊁成本低的优势㊂为此,本文对CVT 法和B-S 法制备的块体In 2Se 3分别进行了机械剥离,并转移到SiO 2/Si(111)基底,获得了相应的二维层状In 2Se 3样品㊂同时利用原子力显微镜(AFM)㊁激光拉曼和X 射线衍射(XRD)对两样品进行表面形貌㊁晶格振动谱和结晶质量的测量,发现用B-S 法制备㊁剥离的样品具有与CVT 法制备㊁剥离样品几乎相同的表面原子级平整度和单晶结晶质量㊂本文为高质量二维层状In 2Se 3材料的获得提供了更为经济实用的途径㊂关键词:In 2Se 3;二维层状材料;机械剥离;化学气相输运法;布里奇曼法中图分类号:O766;O484㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1000-985X (2023)10-1787-06Rapid Preparation and Structural Characterization of Two-Dimensional Layered In 2Se 3MaterialsYU Shuxin ,JIN Zexin ,CHEN Rong ,LI Tao ,ZU Xiangyu ,WU Haifei (Shaoxing University,Shaoxing 312000,China)Abstract :In 2Se 32D layered materials have excellent photoelectric,thermoelectric and ferroelectric properties.At present,most of the In 2Se 3materials are obtained by mechanical exfoliation of bulk In 2Se 3prepared by the complicated chemical vapor transport (CVT)method with long time and high pared with CVT method,the Bridgman (B-S)method has the advantages of simple preparation process,high efficiency and low cost.In this paper,the bulk In 2Se 3prepared by CVT and B-S method were mechanically exfoliated and transferred to SiO 2/Si(111)substrates to obtain the corresponding two-dimensional layered In 2Se 3samples.The surface morphology,lattice vibration spectrum and crystalline quality of both samples were also measured by atomic force microscopy (AFM),laser Raman and X-ray diffraction (XRD).The results show that the samples prepared and exfoliated by B-S method have almost the same surface atomic level flatness and single crystal crystalline quality as those prepared and exfoliated by CVT method.This paper provides a more economical and practical way to obtain high-quality two-dimensional layered In 2Se 3materials.Key words :In 2Se 3;two-dimensional layered material;mechanical exfoliation;chemical vapor transport method;Bridgman method㊀㊀㊀收稿日期:2023-03-28㊀㊀基金项目:浙江省自然科学基金(LY19E020009)㊀㊀作者简介:俞书昕(2001 ),男,浙江省人㊂E-mail:1480949904@ ㊀㊀通信作者:吴海飞,博士,副教授㊂E-mail:wuhaifei@0㊀引㊀㊀言近年来,二维层状In 2Se 3材料因其独特的晶体结构和光电㊁热电特性在半导体材料领域获得了人们的广泛关注[1-6]㊂In 2Se 3有五种不同的结构,包括α㊁β㊁γ㊁κ和δ相[7-10]㊂2015年,Island 等研究了二维层状In 2Se 3的光电晶体管,由于In 2Se 3具有直接带隙和极强的光门效应,其光电流增益可达(9.8ʃ2.5)ˑ104A /W [2]㊂2017年,Ding 等[24]利用第一性原理计算预测了α-In 2Se 3具有面内和面外相耦合的室温自发铁电特性㊂随1788㊀研究论文人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第52卷后,多个实验团队陆续验证了超薄α-In2Se3在室温下面内和面外的自发铁电性[12-14],这为基于In2Se3器件性能的调控提供了基础㊂此外,武汉大学刘惠军课题组研究发现二维层状In2Se3具有多能谷能带特征,能带简并度高,且其z方向的晶格热导率仅为0.68W㊃m-1㊃K-1,高能带简并度㊁低晶格热导率表明二维层状In2Se3具有高的电输运和低的热输运性能,是理想的热电材料[14]㊂同时In2Se3在光伏太阳能电池[15]㊁光电子[11,16]㊁离子电池[17]㊁相变材料[18]等领域都有着广泛的应用㊂以上研究工作表明二维层状In2Se3在光电㊁铁电㊁热电器件领域有着可观的应用前景㊂目前对于二维层状In2Se3的获得,大多通过对块体层状In2Se3的机械剥离[1,3,12-13]来实现,且用作机械剥离的块体层状In2Se3主要采用化学气相输运(chemical vapor transportation,CVT)法制备得到,具体步骤如下:将具有适当化学计量比的纯In和Se与少量的传输剂一起放入石英安瓿中密封,冷却,抽真空,设置温度梯度为950~800ħ,生长得到块体样品[19-20],如图1(a)所示㊂该方法制备工艺较为复杂,且制备时间耗时长,获得的块体In2Se3层状材料尺寸大㊁缺陷少,但产量低㊁价格偏高,导致实验成本过高㊂布里奇曼(Bridgman,B-S)法的主要原理是利用金属容器和石英玻璃容器的差异熔融温度进行晶体生长㊂相比于CVT法,B-S法使用原料比为1ʒ1的In和Se作为起始材料,在管状炉中通过调节两独立区的温度和管的移动来进行样品的生长[21-22],如图1(b)所示,可以得到较大尺寸的样品,具有制备工艺简单㊁产量高的特点,广泛应用于半导体材料㊁金属材料等领域㊂但是B-S法制备得到的样品易破碎,平整台面较少,如B-S法制备的块体In2Se3经机械剥离后能达到二维层状In2Se3的实验要求,将大幅度降低实验的成本,有益于二维层状In2Se3的大规模推广应用㊂为此,本文利用机械剥离法对CVT法和B-S法制备的块体In2Se3分别进行了剥离,并利用原子力显微镜(AFM)㊁激光拉曼和X射线衍射(XRD)对剥离的样品进行了对比测试,发现B-S法获得的二维层状In2Se3在表面平整度和结晶质量上均可与CVT法获得的二维层状In2Se3比拟,且两者具有类似的晶格振动谱,即B-S法制备的块体In2Se3可通过机械剥离获得符合实验要求的二维层状In2Se3㊂图1㊀In2Se3的两种制备方式㊂(a)CVT法制备In2Se3的原理图;(b)B-S法制备In2Se3的原理图Fig.1㊀Two preparation methods of In2Se3.(a)Schematic diagram of In2Se3preparation by CVT method;(b)schematic diagram of In2Se3preparation by B-S method1㊀实㊀㊀验利用Scotch胶带不断对撕CVT法和B-S法制备的块体In2Se3材料,并将其转移到SiO2/Si(111)基底上以获得厚度10~20nm的二维层状In2Se3样品,分别计作In2Se3(C)和In2Se3(B)㊂利用AFM和光学显微镜对In2Se3(C)和In2Se3(B)进行表面形貌的表征;利用拉曼光谱仪采用波长为532nm的激光对两种样品的晶格振动谱进行测试;利用XRD采用波长为1.54056Å的Cu特征谱线对样品的结晶质量进行表征;利用PL荧光光谱测试仪(激发波长为350nm)对样品的内部电子能带结构进行对比测试㊂2㊀结果与讨论In2Se3具有α㊁β㊁γ㊁κ和δ相5种不同的结构,实验研究表明这5种不同的结构具有不同的晶格振动谱图[12-13],即通过激光拉曼的测试可分辨出In2Se3的具体结构信息㊂为此,本文对机械剥离法获得的In2Se3(C)㊀第10期俞书昕等:二维层状In 2Se 3材料的快速制备及结构特性研究1789㊀图2㊀In 2Se 3(C)和In 2Se 3(B)样品的激光拉曼谱Fig.2㊀Laser Raman spectra of In 2Se 3(C)and In 2Se 3(B)samples 和In 2Se 3(B)样品分别进行了激光拉曼的测试,测试范围为0~400cm -1,其结果如图2所示㊂图中可以看到,In 2Se 3(C)和In 2Se 3(B)样品拉曼谱非常相似,均在89㊁104㊁180㊁196cm -1处出现了不同强度的拉曼散射峰,In 2Se 3(C)样品的散射峰强度略高于In 2Se 3(B)样品㊂由于SiO 2/Si(111)基底在此测试波段并没有散射信号,可以推断出现的4个散射峰应该均来自In 2Se 3本身㊂与α㊁β㊁γ㊁κ和δ相In 2Se 3的晶格振动谱对比,发现In 2Se 3(C)和In 2Se 3(B)样品的散射峰与α相In 2Se 3的拉曼散射峰一致[23-25],89cm -1处为E 对称模式特征峰,104cm -1处为A 1(LO +TO)声子模式特征峰,180和196cm -1处出现的特征峰来自α相In 2Se 3晶格纵声学波LO 和横声学波TO 分裂,180cm -1处对应A 1(LO)模式特征峰,196cm -1处对应A 1(TO)模式特征峰[14]㊂表明对CVT 法和B-S 法制备的块体In 2Se 3进行机械剥离获得的二维层状In 2Se 3均为纯α相,这也与室温下α相In 2Se 3最稳定吻合㊂为检验In 2Se 3(B)样品的剥离质量,本文对In 2Se 3(C)和In 2Se 3(B)样品分别进行了光学显微镜观察和AFM 测试,图3(a)㊁(d)分别给出了In 2Se 3(C)和In 2Se 3(B)样品的光学显微镜照片,图3(b)㊁(e)分别给出了In 2Se 3(C)和In 2Se 3(B)样品的AFM 照片,扫描范围均为5μm ˑ5μm;图3(c)㊁(f)分别为沿图3(b)㊁(e)中AB㊁CE 线段作的高度曲线图㊂图中可以看到In 2Se 3(C)和In 2Se 3(B)样品表面台面均具有原子级的表面平整度,与In 2Se 3(C)相比,In 2Se 3(B)表面的台阶密度相对大些,台面宽度相对窄些㊂为作定量比较,本文分图3㊀样品In 2Se 3的光学显微照片和AFM 表征结果㊂(a)In 2Se 3(C)样品的光学显微照片;(b)In 2Se 3(C)样品的AFM 照片;(c)沿图3(b)中AB 线段作的高度曲线图;(d)In 2Se 3(B)样品的光学显微照片;(e)In 2Se 3(B)样品的AFM 照片;(f)沿图3(e)中CE 线段作的高度曲线图Fig.3㊀Optical images and AFM characterization results of sample In 2Se 3.(a)Optical image of In 2Se 3(C)sample;(b)AFM image of In 2Se 3(C)sample;(c)height profile along line segment AB in Fig.3(b);(d)optical image of In 2Se 3(B)sample;(e)AFM image of In 2Se 3(B)sample;(f)height profile along line segment CE in Fig.3(e)1790㊀研究论文人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第52卷别对In2Se3(C)和In2Se3(B)样品10个不同的10μmˑ10μm区域进行了测试,对两者的台面宽度进行了统计对比,发现In2Se3(B)样品的台面宽度分布跨度较大,最窄的台面宽度仅约100nm,最宽的台面宽度可达约3.088μm,且以2~3μm居多;In2Se3(C)样品的台面宽度相对比较均衡,基本处于2~4μm㊂由图3(c)㊁(f)可以看出,图3(b)㊁(e)中各台面间的高度差(台阶高度)分别为4.16㊁0.90㊁0.92㊁1.80nm㊂图4给出了α相In2Se3的原子结构示意图,In2Se3具有层状结构,每个5原子层由3个Se原子和2个In原子交替排列组成,层内Se原子和In原子间通过较强的共价键相连,层与层之间通过微弱的范德瓦耳斯(van der Waals, vdW)力相互作用㊂根据文献报道,α-In2Se3层与层之间距离约为1.082nm[9]㊂可以估算图3(b)㊁(e)中各台面间的高度差(台阶高度)4.16㊁0.90㊁0.92㊁1.80nm分别对应4㊁1㊁1㊁2个5原子层,测试In2Se3(C)和In2Se3(B)样品其他区域,发现所有台阶高度均为单个5原子层台阶高度的整数倍,表明利用Scotch胶带的机械剥离只破坏了In2Se3样品层与层之间的力,并没有破坏单个5原子层内部原子间的作用力,此结论也证明了In2Se3层与层之间为微弱的vdW力㊂图4㊀α-In2Se3的结构示意图Fig.4㊀Schematic structure ofα-In2Se3为表征In2Se3样品的结晶质量,本文对In2Se3(C)和In2Se3(B)均进行了XRD测试,其结果分别如图5(a)㊁(b)所示,样品通过钽片条点焊在铁片上,导致XRD测试结果同时伴有钽和铁的衍射信号峰,为明确测试的XRD图谱中各衍射峰的来源,本文在图5(a)㊁(b)的下方分别给出了钽和铁的衍射信号峰,两样品中掠射角2θ为44.599ʎ处出现的衍射来自Fe(110)[26],掠射角2θ为38.438ʎ处出现的衍射来自Ta(200)[27]㊂由图可知In2Se3(B)和In2Se3(C)样品的XRD图谱非常接近,除了来自Fe(110)和Ta(200)晶面的衍射峰外,在掠射角2θ为18.392ʎ㊁27.769ʎ㊁37.280ʎ㊁47.305ʎ㊁57.557ʎ处均出现了衍射峰,这些衍射峰从小到大分别与In2Se3(001)的4级㊁6级㊁8级㊁10级和12级衍射晶面相对应[25,28-29],且两样品In2Se3(001)各级衍射峰间的相对强度比基本相同,表明In2Se3(B)和In2Se3(C)样品均为高质量单晶㊂根据In2Se3(004)晶面的掠射角2θ计算得到样品的晶面间距为19.2796Å,与文献当中所述一致[30-32]㊂为进一步比较两样品的结晶质量,测量得到两样品In2Se3(004)晶面衍射峰的半峰全宽分别为0.11ʎ和0.12ʎ(见图5(a)㊁(b)插图),可见In2Se3(B)具有和In2Se3(C)一样的结晶质量㊂图5㊀In2Se3样品的XRD图谱Fig.5㊀XRD patterns of In2Se3sample㊀第10期俞书昕等:二维层状In 2Se 3材料的快速制备及结构特性研究1791㊀为了对比两种方法制备得到的样品在发光属性和电子能带结构方面的差异,本文对In 2Se 3(C)和In 2Se 3(B)均进行了PL 测试㊂在室温298.15K,激发波长λex =350nm 条件下对两个样品进行测试,两种样品的峰位均出现在709nm 处(见图6),两种方法制备得到的样品的测试谱图中峰位㊁峰形㊁峰宽都相同,表明两个样品的发光属性和内部电子能带结构具有一致性㊂图6㊀In 2Se 3(C)和In 2Se 3(B)样品的PL 图谱Fig.6㊀Photoluminescence spectra of In 2Se 3(C)and In 2Se 3(B)samples 3㊀结㊀㊀论本文利用Scotch 胶带对CVT 法和B-S 法制备的块体In 2Se 3分别进行了机械剥离,并转移到SiO 2/Si (111)基底,获得了相应的二维层状In 2Se 3样品㊂同时利用AFM㊁激光拉曼和XRD 对剥离的样品进行了对比测试,发现B-S 法获得的二维层状In 2Se 3在表面平整度和结晶质量上均可与CVT 法获得的二维层状In 2Se 3相比拟,且两者具有类似的晶格振动谱,均为纯α相In 2Se 3㊂研究结果表明B-S 法制备的块体In 2Se 3通过机械剥离也可获得高质量的符合实验要求的二维层状In 2Se 3样品,本文为高质量二维层状In 2Se 3材料的获得提供了更为经济实用的思路和途径㊂参考文献[1]㊀JACOBS-GEDRIM R B,SHANMUGAM M,JAIN N,et al.Extraordinary photoresponse in two-dimensional In 2Se 3nanosheets[J].ACS Nano,2014,8(1):514-521.[2]㊀Island J O,Blanter S I,Buscema M,et al.Gate controlled photocurrent generation mechanisms in high-gain In 2Se 3phototransistors[J].NanoLetters,2015,15(12):7853-7858.[3]㊀XU C,MAO J F,GUO X Y,et al.Two-dimensional ferroelasticity in van der Waals β -In 2Se 3[J].Nature Communications,2021,12:3665.[4]㊀MARSILLAC S,COMBOT-MARIE A M,BERNÈDE J C,et al.Experimental evidence of the low-temperature formation of γ-In 2Se 3thin films obtained by a solid-state reaction[J].Thin Solid Films,1996,288(1/2):14-20.[5]㊀LIN M,WU 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材料科学中的新材料——二维材料的研究与应用
材料科学中的新材料——二维材料的研究与应用随着材料科学的不断进步，越来越多的新材料被发现和应用。
其中，近年来备受关注的是二维材料，这种材料的特殊结构和性质给科学家们带来了许多新的探索方向和应用前景。
本文将对二维材料的研究和应用进行简要介绍。
一、什么是二维材料所谓二维材料，是指在一个平面内只有两个原子层的材料。
因为其厚度非常薄，仅有几个原子的大小，所以具有独特的电子、光学、力学和热学性质。
目前已经发现的二维材料种类较多，如石墨烯、二硫化钼、氧化物、二硒化钨等。
二、二维材料的制备方法二维材料的制备方法有很多种，其中比较常见的是机械剥离法、气相沉积法、水热合成法、溶液法等。
机械剥离法是指用胶带等粘性材料在其表面轻轻粘取材料，使其剥离成一个很薄的原子层，这种方法主要适用于石墨烯等层状结构的材料。
气相沉积法则是通过将材料原子或分子从气相沉积到基底表面，再经过退火和退火后的氧化等处理，来制备二维材料。
溶液法和水热合成法则是利用材料的溶解性或反应性，在溶液中形成二维层状结构。
三、二维材料的特殊性质和应用由于其特定的结构和特殊的性质，二维材料在科学研究和应用领域中有广泛的应用。
以下列出一些常见的应用：1. 电子学二维材料在电子学领域中有广泛的应用。
例如，石墨烯具有很高的电子迁移率、极薄的结构和高的自由电子浓度，因此它被广泛研究用于制造高性能晶体管和电容器等电子器件。
2. 光学二维材料还可以应用于光学器件的制造。
例如，二硫化钼和二硒化钨具有很好的光吸收性能，因此可以被用来制造光学吸收器件。
另外，由于其超薄的结构和独特的反射特性，二维光子晶体材料也是一种非常有前途的光学材料。
3. 气体分离和储存石墨烯和氮化硼等二维材料也可以应用于气体分离和储存。
石墨烯的超高的比表面积可以提高气体的吸附量，而石墨烯和氮化硼的孔径尺寸和形状可以被调控，因此可以分离不同大小和类型的分子。
4. 生物学和医学石墨烯和其他二维材料还可以应用于生物学和医学领域。
铁电器件的性能研究和应用
铁电器件的性能研究和应用随着信息时代的到来，人们对于电子产品的需求越来越高，特别是在存储和传输方面。
而作为一种新型材料，铁电材料具有很好的应用前景。
铁电器件是基于铁电材料制成的电子元器件，其性能研究关乎着电子行业的发展。
本文将着重介绍铁电器件的性能研究和应用。
一、铁电器件的特性铁电材料具有独特的铁电特性，即在外加电场的作用下，铁电材料会发生电极化现象，即在材料内部形成一个自发的电场。
铁电材料对于电场的响应是双向的，即在给定的电场强度下，它可以进行电荷分离。
当外加电场消失时，铁电材料会保持电极化状态，即在外界电场的作用下产生记忆响应。
铁电材料还具有优异的介电性能、压电效应、自生电磁效应等特征。
铁电器件的特性主要表现在以下方面：1. 高介电常数：铁电材料的介电常数比普通的电介质大几倍甚至几十倍以上，且随着外加电场的增加而增大。
2. 高电阻率：铁电材料的电阻率很高，能够保持一个高电位。
3. 低功率消耗：铁电材料的功耗很低。
4. 快速响应：铁电材料的响应速度很快，可实现快速的数据存取。
二、铁电器件的研究热点目前，铁电器件的研究主要包括以下几个方面：1. 铁电薄膜的制备铁电薄膜的制备是铁电器件的核心技术之一。
近年来，研究者不断探索新的制备方法，如分子束外延、化学气相沉积、溅射沉积等，以实现高质量的铁电薄膜的制备。
2. 铁电材料的改性为了提高铁电材料的性能，研究者不断尝试对铁电材料进行改性。
如将不同元素掺杂进铁电材料中，以提高其压电性能、介电导数等性能。
3. 铁电器件的微电子学特性研究铁电器件的集成和微电子化是当前的研究热点之一。
研究者通过微处理器技术和光刻技术，实现对铁电器件的制备、测试与量化。
4. 铁电器件的应用铁电器件广泛应用于存储器件、传感器、电容器、电压控制振荡器、滤波器等领域，如铁电随机存储器（FeRAM）、铁电非易失性存储器（FeFET）等器件在高速存储和耐久方面有着独特的优势。
三、铁电器件的应用前景随着电子信息技术的不断发展，铁电器件具有广阔的应用前景，特别是在高速存储、大容量存储、耐久性和快速响应方面的优势将更加突出。
二维铁电材料in2se3的多畴、多相结构
二维铁电材料in2se3的多畴、多相结构二维铁电材料In2Se3是一种具有铁电性质的半导体材料。
它的多畴和多相结构对于理解其铁电性质和应用具有重要意义。
铁电材料是一类具有非中心对称结构的材料，可以在外力或电场作用下产生极化现象，具有独特的电学性质。
在晶体结构中，原子或分子围绕一个中心点或一个轴线呈现出不同的排列方式，形成了多畴结构。
多相结构指的是材料中存在多个不同结构的相区域。
以下将分别介绍In2Se3的多畴和多相结构。
首先，让我们来探讨In2Se3的多畴结构。
In2Se3的结构属于层状结构，每层由In和Se原子交替排列而成，层之间通过弱的范德华力相互堆积。
In2Se3的晶体结构可以被描绘为具有小空间群P63/mmc的蜂窝状结构。
在晶体中存在两种不同的畴结构，分别是沿z轴方向排列的p型畴和沿-z轴方向排列的n型畴。
这两种畴的中心原子的电荷分布不同，导致整个晶格的极化方向不同。
在外加电场的作用下，这些畴可以通过倾斜、旋转或翻转等方式发生重新排列，从而形成不同方向的极化向量。
这种多畴结构的相变现象使得In2Se3表现出了可逆的铁电性质。
其次，我们来讨论In2Se3的多相结构。
In2Se3作为一种层状结构的材料，在高温或外界条件的变化下可以发生相变。
通过实验和计算，科学家们发现In2Se3具有多种不同的相态。
例如，在高温下，In2Se3会发生电荷密度波相变和结构畸变，形成不同的相区域。
此外，在低温下，由于原子间的电荷传递和相互作用的影响，In2Se3还可以形成不同的畴结构，同时，在不同的温度和压力条件下，In2Se3还可能出现其他的相变现象。
这种多相结构能够影响材料的电学和磁学性质，因此在铁电器件和存储器件等领域具有潜在的应用价值。
总结起来，二维铁电材料In2Se3的多畴和多相结构在理解其铁电性质和应用方面具有重要意义。
多畴结构使得In2Se3表现出可逆的极化现象，而多相结构则能够影响材料的电学和磁学性质。
二维材料在光电器件中的应用研究
二维材料在光电器件中的应用研究引言：随着科技的不断发展，二维材料作为近年来研究的热点之一，其在光电器件中的应用潜力越来越受到重视。
本文将讨论二维材料在光电器件中的应用研究，并探讨其对光电器件性能的影响。
一、二维材料的特性及优势二维材料是一种仅有单层厚度的材料，如石墨烯、二硫化钼等。
相比传统的三维材料，二维材料具有很多独特的特性和优势。
首先，二维材料具有极高的比表面积，使得其在吸附气体和催化反应中具有很高的效率。
其次，二维材料具有优良的导电性和载流子迁移率，使得其在光电器件中可以实现高效率的电荷传输。
另外，二维材料还具有优异的光电响应、机械强度和热稳定性等特性。
二、光电器件中的二维材料应用1. 光电探测器二维材料在光电探测器中起到关键作用。
由于其优异的光电响应特性，二维材料可以实现高灵敏度和高速度的光电转换。
例如，石墨烯的独特电子结构使其对可见光和红外光有很好的吸收能力，可用于红外探测器和摄像头。
此外，二硫化钼等二维过渡金属硫化物材料也被广泛应用于光电探测器中。
2. 光传感器二维材料在光传感器中的应用也非常广泛。
由于其极高的比表面积和优良的光学特性，二维材料可以用于检测光的吸收、散射、荧光等过程。
例如，二维石墨烯氧化物材料可用于检测微弱光信号，而二硫化钼可以用于烟雾探测器。
3. 光电转换器二维材料在光电转换器中的应用是目前研究的热点之一。
光电转换器是将光能转化为电能的关键设备，在可再生能源领域具有重要作用。
二维材料的高载流子迁移率和长寿命使其成为理想的选择。
例如，二维钼酸盐材料可用于制备高效率的太阳能电池，而二硫化钼可以用于制备高效的光电转换器件。
三、二维材料应用研究中的挑战与发展方向在二维材料应用研究过程中，仍然存在一些挑战需要克服。
首先，二维材料的制备方法需要进一步优化，以提高制备的质量和可控性。
其次，二维材料在光电器件中的稳定性和可靠性需要加强研究，以确保器件的长期稳定运行。
同时，对二维材料的性能和特性也需要进一步深入研究和理解。
二维材料在电子器件中的应用前景
二维材料在电子器件中的应用前景随着科技的不断发展，二维材料作为一种新兴的材料，正在逐渐引起人们的关注。
二维材料具有独特的结构和性质，被认为是未来电子器件领域的重要发展方向之一。
本文将探讨二维材料在电子器件中的应用前景。
首先，二维材料具有优异的电子性能。
由于其结构的特殊性，二维材料的电子运输性能优于传统的三维材料。
例如，石墨烯是最常见的二维材料之一，其电子迁移率高达200,000 cm²/Vs，是硅材料的100倍以上。
这使得二维材料在电子器件中具有更高的响应速度和更低的功耗，有望推动电子器件的性能提升。
其次，二维材料具有可调控的能带结构。
通过对二维材料的层数、组分和形状等参数的调节，可以有效地调控其能带结构。
这使得二维材料可以在不同的电子器件中实现不同的功能。
例如，调控二维材料的带隙大小，可以实现光电器件中的光吸收和光发射等功能。
这种可调控性为二维材料在电子器件中的应用提供了更多的可能性。
此外，二维材料还具有优异的机械性能。
由于其结构的特殊性，二维材料具有较高的柔韧性和强度。
这使得二维材料可以在柔性电子器件中得到广泛应用。
例如，将二维材料作为柔性基底，可以制备出可弯曲和可拉伸的电子器件。
这种柔性性能为电子器件的设计和制备提供了更多的可能性，有望推动电子器件的创新。
另外，二维材料还具有较高的表面积与体积比。
由于其结构的特殊性，二维材料的表面积相对较大，这使得二维材料在传感器和催化剂等领域具有广泛的应用前景。
例如，将二维材料作为传感器的敏感层，可以实现对环境中各种物质的高灵敏度检测。
这种高表面积与体积比的特性为二维材料在电子器件中的应用提供了更多的机会。
然而，二维材料在电子器件中的应用还面临一些挑战。
首先，二维材料的制备和封装技术仍然不够成熟。
目前，大规模制备高质量的二维材料仍然是一个难题。
其次，二维材料的稳定性和可靠性问题亟待解决。
由于二维材料的表面活性较高，容易受到外界环境的影响，导致其性能的变化。
二维材料在电子器件中的应用前景
二维材料在电子器件中的应用前景二维材料是一种具有非常特殊性质的材料，其厚度仅为单层分子，它有着独特的电子、的光学和力学性质，具有巨大的应用潜力。
二维材料的应用前景被认为是非常广泛的，尤其是在电子器件领域，它们的应用前景是非常重要的。
二维材料具有极高的电子迁移率，可以产生非常高的电流密度。
因此，二维材料被认为是高性能电子器件的理想材料。
在半导体器件领域，二维材料也有着非常广泛的应用前景。
例如，石墨烯和二硒化钼可以用作场效应晶体管，而二硒化钽可以用作存储器。
由于二维材料的极高的电荷迁移率，它们可以产生非常高的频率和能量效率的电子器件，这对电子器件行业的发展具有非常巨大的潜力。
二维材料还具有非常独特的光学性质。
由于其反射率非常低，这些材料可以用于制造非常高效的太阳能电池。
事实上，二维材料的太阳能电池效率已经超越了目前市面上出售的太阳能电池，因此它们的应用前景是非常广泛的。
此外，二维材料可以用于制造非常轻巧的机器人和其他设备。
由于其轻巧且具有非常高的力学性能，二维材料可以被用于制造可折叠的电子器件，例如可折叠的移动电话和计算机。
二维材料的结构也可以用于制造超薄柔性电子器件，例如电子皮肤感应器。
除此之外，二维材料还有许多其他的应用前景。
例如，在生物医学领域，二维材料可以用于制造高精度的探针和药剂传递系统。
这些应用将会改变人们处理疾病的方式。
在环境保护领域，二维材料可以用于制造高效的污染物过滤器。
此外，二维材料还可用于制造新型的量子计算机和人工智能设备。
二维材料的应用前景是非常广泛的，但是要想实现这些应用，还需要解决一些问题。
例如，当前二维材料的制造成本还很高，需要找寻更为便宜的生产方法。
此外，对于二维材料的研究在很多方面仍然存在问题，需要更多的研究来阐明其特性和行为。
总体而言，二维材料在电子器件领域的应用前景是非常广泛且重要的。
二维材料在太阳能电池、可折叠的电子器件、计算机和探针等方面都表现出了非常重要的应用价值。
基于二维材料的电子器件设计与研究
基于二维材料的电子器件设计与研究随着科技的不断发展，电子器件也在不断地升级和改进。
在近年来，二维材料逐渐成为研究热点，得到了广泛的关注和应用。
基于二维材料的电子器件设计与研究，已成为电子工程领域中一个十分重要的课题。
一、二维材料的特点在讨论基于二维材料的电子器件设计与研究之前，我们要先了解一下二维材料的特点。
所谓的二维材料，是指在至少一个方向上尺寸小于100纳米，并且体材料厚度只有一个单原子层或几个原子层的材料。
二维材料具有如下独特的性质：1. 高表面积：由于二维材料只有单层或几层原子，表面积非常大，可以导致更好的化学反应和更高的吸附能力。
2. 高机械强度：二维材料的表面积很大，而且没有内部结构，因此在机械性质方面具有独特的优势，比如高强度和高韧性。
3. 独特的电子结构：二维材料的厚度只有一个单原子层或几个原子层，因此能带等电子性质发生了显著的改变，形成了独具一格的能带结构。
因为这些独特的性质，二维材料已经得到了广泛的关注，并被应用于各种领域。
二、基于二维材料的器件现在，人们已经开始探索基于二维材料的电子器件设计与研究，并且在很多方面都取得了一定的成果。
下面我们来简要介绍一些常见的基于二维材料的器件。
1. 基于石墨烯的器件石墨烯是一种典型的二维材料，由一个单原子厚度的碳原子组成的平面晶体结构。
它具有很多优异的性质，如高的耐温度、高电导率、高透过率。
基于石墨烯的器件已经得到了比较广泛的研究，其中最重要的可能是石墨烯晶体管。
石墨烯晶体管的结构与常规的晶体管相似，但是它的结构更加紧凑，具有更好的电子传输特性，因此可以实现更高的频率操作。
除此之外，还有石墨烯电容器、石墨烯串联电阻和石墨烯互联电容等基于石墨烯的器件。
2. 基于过渡族层状硫族化合物的器件过渡族层状硫族化合物也是一种常见的二维材料。
它们具有很好的透明性，良好的电子导体性能和环境适应性，这些都是制造电子器件的理想优势。
最具代表性的过渡族层状硫族化合物电子器件是层状P、N结结构。
金属二维材料的用途
金属二维材料的用途金属二维材料是指在纳米尺度下，厚度只有几个原子层的金属材料。
由于其特殊的二维结构和独特的物理和化学性质，金属二维材料在各个领域具有广泛的应用前景。
下面将从电子学、光电子学、催化和能源存储等方面介绍金属二维材料的用途。
首先，金属二维材料在电子学方面有着重要的应用。
由于金属二维材料具有优异的电导率和载流子迁移性能，可以作为高性能的电极材料。
例如，金属二维材料如铜、铝和钯等可以用于制备高性能的电子器件，如晶体管、集成电路和传感器等。
此外，金属二维材料还可以通过调控其能带结构和载流子输运性质，实现电子器件的性能调控和器件优化。
其次，金属二维材料在光电子学方面有着广泛的应用潜力。
金属二维材料具有丰富的等能带结构和光学性质，可以用于光电探测、太阳能电池、光催化等领域。
例如，金属二维材料如铜、钯和钛等可以作为光催化剂，用于光催化水分解和有机废水处理等环境保护技术。
此外，金属二维材料还可以通过调控其能带结构和光学吸收性能，实现光电器件的性能调控和器件优化。
再次，金属二维材料在催化领域也具有重要的应用价值。
金属二维材料具有特殊的表面结构和活性位点，使其在催化反应中表现出优异的催化性能。
例如，金属二维材料如铜、铝和钯等可以作为催化剂，用于有机合成反应、能源转化和汽车尾气净化等催化领域。
此外，金属二维材料还可以通过控制其结构和组成，进一步提高其催化性能和选择性。
最后，金属二维材料在能源存储领域也有着广泛的应用前景。
金属二维材料具有大量的有效表面积和高离子/电子迁移率，使其成为理想的电极材料。
例如，金属二维材料如锂、钠和钾等可以作为电池电极材料，用于制造高性能的锂离子电池、钠离子电池和钾离子电池等能源存储设备。
此外，金属二维材料还可以通过调控其电极表面结构和储能机制，实现电池性能的调控和储能设备的优化。
综上所述，金属二维材料具有多样化的应用前景，在电子学、光电子学、催化和能源存储等领域都具有重要的应用价值。
二维铁电材料的研究进展
二维铁电材料的研究进展张小娅; 王金斌; 钟向丽; 刘琼; 文豪; 吕扬【期刊名称】《《湘潭大学自然科学学报》》【年(卷),期】2019(041)004【总页数】15页(P92-106)【关键词】二维铁电材料; 制备方法; 性能【作者】张小娅; 王金斌; 钟向丽; 刘琼; 文豪; 吕扬【作者单位】湘潭大学材料科学与工程学院湖南湘潭 411105【正文语种】中文【中图分类】TM22+10 引言铁电材料是指在居里温度以下，具有自发极化且其极化方向会随着外加电场的改变而改变的一类重要的功能材料.铁电材料具有优异的铁电性、热释电性、介电性、压电性、光电效应等性能，在信息存储器、压力传感器、介质移相器、压电换能、热释电红外探测、光学存储器、压控滤波器等一系列器件中具有广泛的应用前景，从而备受人们关注[1-2].近年来，随着材料制备技术的进步和微电子集成技术的飞速发展，铁电元件趋向于微型化、集成化、多功能化的方向发展.对于传统铁电薄膜材料，当其尺寸降低到纳米尺度时，由于受到表面效应以及尺寸效应等的影响，其居里温度和极性大小会随着薄膜厚度的减小而降低.当铁电薄膜厚度低于某个临界值时，铁电性就会消失，或者极化会由面外转变为面内[3-6].为了解决这一问题，科学家提出了两种方案[7]：一种是将无铁电性的二维材料改造成具有铁电性的二维材料；另一种是寻找本征的二维铁电材料.为什么要寻找这类二维材料呢？不仅仅是因为二维材料问世不久，而且性能可观，更重要的是它具有以下独特优势：(1)二维材料的电子被限制在二维平面内，增强了其电子特性，所以二维材料是凝聚态物理学和电子/光电子器件领域中基础研究的理想材料.(2)二维材料的厚度极小，有利于提高器件集成度.(3)强烈的面内共价键和原子层厚度使得二维材料表现出了出色的机械强度、柔性以及光学透明度，有望于将其应用在新型器件中.(4)二维材料在拥有极大平面尺寸的同时，还能保持原子层厚度，具有二维体系巨大的比表面积.不仅可以通过表面吸附、外加应变等手段对材料的性质进行调控，而且也极大地吸引了催化和超级电容器这些表面积关联应用领域的研究.(5)二维材料本身就是具有高迁移率的半导体，可以在硅基电路表面形成范德瓦尔斯界面.因此，生长制备时并不需要严格的晶格匹配，即可形成高质量材料.(6)二维材料通过一系列设计可能会克服铁电极化不能保持面外极化的难题.二维铁电材料的巨大前景，引起了国内外研究人员的关注和研究，并且取得了一些新的进展.本文接下来的部分将具体介绍二维铁电材料相关的最新研究进展，并提出展望.1 二维材料铁电性早在1944年，Onsager[8]就给出了二维Ising模型的严格解，预言了二维体系的相变，这为二维铁电材料的研究奠定了理论基础.通常铁电材料产生自发极化需要打破晶体结构的中心反演对称性，与传统铁电块体和薄膜材料相比，二维铁电材料由于维度的降低通常会降低一些对称性，故在一定程度上为铁电性的存在提供了可能性.近年来，科学家们通过理论设计与实验相结合，发现了二维层状材料中铁电性的存在.2013年，吴梦昊等[9]通过第一性原理计算得出通过羟基修饰石墨烯的方法可以获得石墨烯基二维铁电材料(图1(a)).研究发现经羟基修饰后的石墨烯的面内铁电性来源于质子的位移，而且半羟基化石墨烯或者完全羟基化的石墨烯的极化强度高达67.7 μC/cm2，远远高于迄今已知的任何有机铁电材料.之后，吴梦昊等[10]又将这一方法拓展到多种极性基团，发现将锗烯等二维材料以不同极性基团修饰，还可以设计出二维铁电隧道结等一系列器件(图1(b)).这些方法不仅没有显著影响二维材料本征的高迁移率和能带性质，还能将一系列无极化的二维材料铁电化，看似是一种不错的方案，可惜使用这些方法得到的都是面内极化.因为与面内极化相比，垂直极化对于高密度数据存储是更加有利的，因此设计垂直极化成为研究的重点.之后，Yang等[11]通过第一性原理计算发现在双层二维材料中插入卤素原子，由于共价键的饱和性和方向性，原理上可形成垂直方向的极化，而且还可以产生磁电耦合现象(图1(c)).这些设想虽好，但是目前在实验上鲜有进展.但这并未迟滞探索二维铁电材料的脚步，在探索本征二维铁电材料方面，研究人员取得了优异的成果. 图1 以化学功能化将二维材料设计出铁电性的例子Fig.1 Examples of chemically functionalizing two-dimensional (2D)materials to design ferroelectricity吴梦昊等[12]通过第一性原理预测出二维IV-VI族材料(如SnS和SnSe)会因IV族元素孤对电子引起的畸变，产生4个对等的极化基态，导致铁电/铁弹性，并相互耦合，如图2(a)所示.这为二维IV-VI族材料铁电性的研究提供了理论基础.不久，陈曦等[13]通过实验发现单原胞厚的SnTe薄片中存在稳定的面内自发极化，并且该二维铁电体的临界转变温度高达270 K，远高于体材料(临界转变温度为98 K).他们还发现，具有2～4个原胞厚的二维SnTe薄片具有更高的临界转变温度，其铁电性在室温下仍然存在.通过分析发现，量子尺度效应引起的能隙增大、薄片中的缺陷密度以及载流子浓度的降低是二维SnTe中铁电增强的重要原因，然而二维铁电材料的垂直极化仍待进一步研究.2016年，刘铮等[14]测试出二维CuInP2S6中存在垂直方向的铁电性，其中，铁电性源于Cu、In离子在垂直方向的位移(图2(b)).这是至今首次发现具有面外极化的二维铁电材料，为寻找具有垂直极化的二维铁电材料带来了曙光.之后，吴梦昊团队预测过一系列范德瓦尔斯双层(如BN、AlN、ZnO、MoS2、GaSe等)能产生一种层间滑移的垂直铁电[15].Cobden等[16]通过实验证实两层或三层WTe2表现出自发的面外电极化.中国科技大学朱文光研究组与校内外同行合作，通过第一性原理预测二维α-In2Se3会因为Se的位移而使面内极化和面外极化相互关联[17](图2(c)).这个预测由彭海琳等[18]通过实验证实了，这说明二维α-In2Se3在制备成面内极化和面外极化耦合的新型器件方面具有潜在前景.图2 具有本征铁电性的二维铁电材料Fig.2 Two-dimensional ferroelectric materials with intrinsic2 二维铁电材料的制备二维铁电材料最大的特点就是薄，它只有一个或几个原子层厚度，所以制备技术往往对二维铁电材料的应用有极大的影响.至今，二维铁电材料的制备方法主要分为两大类：“自上而下”法和“自下而上”法.其中“自上而下”法主要包括机械剥离法[19-24]、液相剥离法[25-29]等，“自下而上”法主要包括物理气相沉积法[30-34](physical vapor deposition，简称PVD)、化学气相沉积法[35-40](chemical vapor deposition，简称CVD)、两步气相沉积法[43-46]等.2.1 “自上而下”法(1)机械剥离法二维铁电材料原子层内的原子以强的共价键结合，而层与层之间是以弱的范德瓦尔斯力堆叠在一起的，如图3所示.由于二维材料的层与层之间具有弱的相互作用力，所以在外力的作用下，层与层很容易相互分离.机械剥离法利用了这个原理：通过胶带的机械力来克服块状晶体的层间微弱的范德瓦尔斯力，从而得到少层的材料.具体操作方法是将层状的块体材料置于一种特殊的透明胶带(一般采用Scotch胶带)上，将胶带反复粘贴剥离使块体减薄.再将带有薄片的胶带覆盖在洁净的衬底上，轻轻挤压掉胶带和衬底之间的空气，使样品和胶带完全贴附，静置一段时间后，将胶带缓慢地从衬底上撕下，这样就会有较薄的二维层状材料留在衬底上.撕去胶带后的衬底上也会有残留胶，这可以用丙酮去除.最早采用机械剥离法的是英国曼彻斯特大学的Novoselov和Geim，他们在2004年通过这种方式首次制备得到了单层石墨烯[19]，如图4所示.图3 几种二维铁电材料的原子结构Fig.3 The atomic structures of several 2D ferroelectric materials图4 机械剥离制备石墨烯的示意图Fig.4 Schematic diagram of mechanical exfoliation to prepare graphene机械剥离法也广泛地应用在其他单层或者少层材料的制备中.通过多次实验后，研究人员发现想要制备质量较好的二维材料，有几点是需要注意的[20]：① 衬底上所得到的单层或少层的薄片是从层状块体材料上解理下来的，而不是从胶带本身分离下来的.而解理关键点在于层状块体材料中层与层之间以及材料最外层和衬底之间吸引力的竞争关系，只有当衬底与块体材料最外层之间的吸引力大于材料层间的范德瓦尔斯力时，才能实现薄片与块体材料分离并转移到衬底上.这意味着，想要得到大面积薄片就应该增加块体材料最外层和衬底表面之间的吸引力，而不是通过多次解理.多次解理会导致胶带上的薄片碎成小块，从而无法解理得到大面积的薄片.所以通常仅用胶带从块状材料上解理3～10次，就可以得到少层、甚至单层的二维材料.② 增加块体材料和衬底表面之间的范德瓦尔斯力可以利用等离子体处理和加热处理(图5)，即利用等离子体来消除衬底表面上的吸附物，再将带有块体材料的胶带覆盖在衬底表面，并在合适的温度下加热一段时间.待样品冷却到室温后揭掉胶带，这样有助于从块状材料中得到大面积二维材料.图5 新型机械解理石墨烯方法的关键步骤Fig.5 Key steps for a new mechanical cleavage graphene method机械剥离法虽然成本低，制备得到的样品结晶度较高且缺陷少，可以在大气环境中存放较长时间，但是可控性不高，获得的样品厚度、大小、质量不均一，产量也低，不利于大规模生产.所以机械剥离法一般只适用于实验室的基础研究.(2)液相剥离法液相剥离法，顾名思义就是在液相中实现层状材料的剥离，其主要有三种机制：离子插层法、离子交换法、液相超声剥离法.离子插层法(图6(a))是将较小的离子插进层状材料中层与层之间的缝隙，从而增加了层状材料层间间距，进而降低了层与层之间的范德瓦尔斯结合力.离子插层法最关键的是利用插层剂对层状材料进行插层的过程，选择良好的插层剂有利于层状材料在溶剂中发生分离.另外，剥离过程所采用的溶剂也至关重要，剥离得到的二维薄片必须与溶剂之间有良好的相互作用，这样才能有效阻止二维薄片的团聚，最终保证二维材料的稳定分散.离子交换法(图6(b))原理很简单：较小的本征层间离子被较大的外界离子置换，从而增大层状材料的片层间距，削弱层与层之间的相互作用力，在垂直于片层平面方向发生巨大的体积膨胀，最终使其剥离产生相应的二维薄片.离子交换法可以通过施加外力(比如搅拌)使层状材料加速剥离.为了使得到的二维薄片可以稳定分散，可以在丁醇等溶液中进行剥离.在离子交换法中，实现离子进入材料层间的驱动力主要来源于离子渗透压平衡，适用于层间含有可交换离子的层状材料.该方法最突出的优点是剥离过程相当温和，而缺点则是剥离效率不高.随着研究的不断深入，人们发现用超声波辅助液相剥离法是一种更为简单的办法，即把层状材料置于合适的溶剂中进行超声处理，如图6(c)所示.Jan等[25]将石墨薄片加入聚乙烯醇水溶液中，超声处理48 h后，得到大小在1 μm左右、厚度为6～8个原子层的石墨烯.该方法对于溶剂的选择是有要求的，因为不同的溶剂具有不同的表面张力，选择合适的溶剂作为分散体系，少层甚至单层样品就会稳定存在；在不合适的溶剂里，就会发生聚合和沉淀.使用超声剥离法时，还是需要注意两个方面：① 局部高强度的超声会打碎二维薄片，使其尺寸减小，边缘缺陷的相对含量也随之增大；② 较高的超声功率会造成一些稳定性较低的溶剂发生分解，从而产生自由基.所以超声剥离法很适用于一些对二维材料质量要求较高，但又对其用量要求较低的领域.总之，液相剥离法都比较简单、成本低，而且产量较大，但是这种方法所得到的样品尺寸很小，厚度不均一，而且晶体质量差，需要进一步优化.图6 液相剥离法三种机制Fig.6 Three mechanisms of liquid phase stripping 2.2 “自下而上”法(1)物理气相沉积法物理气相沉积法的原理就是在真空条件下，将待蒸发物质在高温下蒸发，通过载气传输，沉积到衬底上.一般PVD法只有一个蒸发源，当然也会有两个或者多个蒸发源用于制备单层合金[30].蒸发源置于炉子温度较高的区域，衬底置于温度较低的区域，同时通入惰性载气.Lin等[31]以In2Se3粉末作为原料，通过物理气相沉积法，在常压下制备单层In2Se3，如图7所示.他们发现调节降温速率，可以得到两种不同物相的二维In2Se3，这是由于慢速降温使原子具有足够的时间在晶体内部扩散，而快速降温原子没有足够的时间在晶体内部扩散.之后，Zhou等[32]采用同样的方法，发现通过改变反应时间可以控制二维In2Se3薄片的尺寸和层数.这为后续利用PVD法制备二维铁电材料的研究提供了可控参数.图7 物理气相沉积法制备In2Se3Fig.7 Preparation of In2Se3 by physical vapor deposition虽然采用PVD法制备的二维材料的物相、成核点、厚度和生长方向都可以通过反应条件调控，生长参数较少，容易摸索，但是物理气相沉积法制备所得到的样品尺寸较小，这不利于后续的物理研究和器件制备.(2)化学气相沉积法化学气相沉积法是一种在衬底上得到高纯材料或薄膜的传统方法.过去10年间，CVD法已经逐渐发展并成为了制造大量超薄二维材料的可靠方法.与PVD法的生长方式不同，CVD法制备一般需要采用两个源[35]：M源和X源.M源一般情况下为M金属的氧化物，如MoO3、WO3等；X源一般为X单质，如硫、硒、碲等，并且除了硫以外，其他X源都需要氢气辅助生长.化学气相沉积法制备所得的样品尺寸较大，样品较薄，通常为单层，厚度均一.要想实现二维铁电材料的实际应用，制备出大面积、高质量二维铁电材料是前提.李悦[36]在研究利用CVD法可控生长二维MoSe2时，发现降低气流量有助于二维MoSe2的纵向生长，增加气流量有助于二维MoSe2的横向生长.随着气流量的增加，会导致二维MoSe2薄膜层数逐渐减少.通过调节气流量还可以改变制备MoSe2过程中的成核密度.同时，随着H2含量的逐渐增加，二维MoSe2形状由最初的六角形向陡直边缘的三角形转变.气流量的变化对二维MoSe2的层数有着重要影响，而氢气含量的变化会对二维MoSe2的形状产生明显影响，这对于实现二维MoSe2及其他二维材料的可控制备，以及深入研究其层数或形状相关的性质及应用有一定的科学价值.图8 化学气相沉积法生产二维过渡金属硫属化合物的生长过程图Fig.8 Growth process diagram of 2D transition metal chalcogenide produced bychemical vapor deposition为了优化CVD法，研究员们也一直在做着不懈的努力.对于二维过渡金属硫属化合物来说，采用CVD法制备时，其金属和金属氧化物前体的熔点较高，导致其难以合成.2018年，林君浩等[37]发展并完善了一种普适性的熔融盐辅助化学气相合成策略，系统地合成出了47种过渡金属硫属化合物.在研究CVD法生产二维材料的生长过程时(图8)，发现质量流量主要控制成核和晶畴生长，而生长速度决定了最终薄膜的晶粒尺寸.这为今后利用CVD法制备二维铁电材料，提供了新的思路. (3)两步气相沉积法在20世纪30年代，前苏联物理学家Peierls和英国物理学家Landau曾预言，二维材料在热力学上是不稳定的且不能稳定存在[41-42].为了能可控地生长出在大气环境中稳定存在的二维材料，高力波等[43]在研究二维硒化膜时，预测出二维材料的不稳定性影响因素主要来源于其产物中的氧键或者原子空位，于是改进了两步气相沉积法，即先利用物理气相沉积法(PVD)制备过渡金属薄膜，然后利用化学气相沉积法(CVD)进行硒化处理.经过实验，发现利用这种方法生长出的二维NbSe2表现出极佳的环境稳定性.在使用这种两步气相沉积法制备二维材料的过程中，要确保PVD过程中不存在氧气，而且要求过渡金属薄膜具有良好的结晶性.同时，在常压CVD过程中，也要确保反应腔体中吸附的水与氧气都被去除干净；在常压条件下生长二维薄片，有利于降低其内应力.该工作不仅开发了一种能够生长稳定的二维材料的方法，同时也表明，绝大多数的二维材料在大气环境下应该是能够稳定存在的.这种方法制备的硒化物薄膜，层数可控，尺寸可控，这对于二维铁电材料的基础研究以及未来器件的实用化都有着重要的意义.3 铁电性能的调控3.1 原子结构原子结构对二维材料的铁电性非常重要.对于同种二维材料来说，不同的原子结构与其是否具有铁电性有很大的关联.对于具有铁电性的二维材料来说，原子结构的不对称性越大，其产生的自发极化越大.这些对于探索新的二维铁电材料提供了方向.朱文光等[47]利用CVD法生长二维In2Se3时，发现通过快冷和慢冷分别得到β-In2Se3和α-In2Se3.经过测试发现，α-In2Se3在面内和面外方向上都具有铁电性，但观察到不同层的β-In2Se3没有相位差(图9)，表明它不具有铁电性.通过研究发现其中心Se原子层的横向运动会导致二维α-In2Se3的面内极化和面外极化相互关联.图9 不同厚度下二维β-In2Se3的PFM图F ig.9 PFM images of 2D β-In2Se3 with the different thicknessesZhang等[48]发现具有波纹状结构的二维GeTe和SnTe在沿着[010]方向的IV族原子和Te原子之间存在距离(图10(a))，这种原子间的相对位移会导致自发极化.而二维PbTe的原子结构中并没有相对原子位移(图10(b))，所以没有发现其具有铁电性.此外，还证实了较大的原子相对位移会形成较大的自发极化值并导致较高的转变温度.图10 原子结构示意图Fig.10 Schematic diagram of atomic structure3.2 膜厚效应图11 (a)厚度为2～6 nm的二维α-In2Se3薄片AFM图像，比例尺为1 μm；(b，c)相应的面内极化的PFM图像((b)振幅；(c)相位);(d)不同的厚度与面内极化的关系Fig.11 (a)AFM images of 2D α-In2Se3 flakes with the thickness of 2～6 nm,the scale bars is 1 μm；(b,c)The corresponding IP PFM images((b)amplitude;(c)phase);(d)Relationship between different thicknesses andIP膜厚对二维铁电材料的铁电性能具有影响，这是毋庸置疑的.研究员们通过实验发现对于铁电性，膜厚使其产生“奇偶效应”.朱文光等[47]利用CVD法在云母基片上生长了二维α-In2Se3后，通过测试不仅发现在不同厚度的二维α-In2Se3具有单畴，还发现厚度为偶数时，相位差异小(图11).对于2～6 nm的薄片，观察到明显的奇偶效应(图11(d))：在层数为偶数时，二维α-In2Se3由于反向极化而导致零偏振.3.3 其他调控外加应力和电场常被用来研究和调控低维纳米材料的性质，所以研究人员猜想是否可以通过外界调控在原来非铁电材料的二维材料中引入铁电性，这为设计和调控二维铁电材料极化提供了新的思路.由于铁电材料存在压电效应，施加合适的应力往往可以成为一种调控极化的有效途径.Zhang等[48]通过第一性原理计算发现二维单层PbTe基态结构具有中心反演对称性，从而限制了其自发极化.但当施加平面双向拉伸应力后，Pb和Te原子发生平面内相对位移，从而在平面内产生自发极化，得到平面内铁电性(图12)，表明通过施加合适的拉伸应力可以在二维PbTe中引入铁电性，并且二维PbTe的自发极化随着拉伸应力的增加而增加.利用外加电场同样可以对二维材料的铁电性进行调控，胡婷等[49]通过第一性原理计算，发现磷烯纳米带在垂直电场调控下，产生电荷的移动，最终实现基于电子极化的平面内铁电性，并且发现双层磷烯纳米带中的极化强度与传统的钙钛矿铁电材料相当.图12 二维单层PbTe相对原子位移(RAD，蓝线)与拉力的关系Fig.12 Relationship between 2D single-layer PbTe relative atomic displacement (RAD,blue line)and tensile force另外，阚二军等[50]在第一性原理计算的基础上，研究了在层状过渡金属卤化物体系中通过电荷掺杂引入铁电性的可能性.以本征的过渡金属卤化物CrBr3为例，由于其高对称性(D3d)的结构而不具有铁电性.但研究发现，通过掺入Li等阳离子会使相邻的Cr-Br6格点上产生反常的非对称Jahn-Teller畸变.这种畸变同时打破了体系原本的轨道序与电荷序，从而引发面内的铁电极化.并且该体系中的电极化与磁化具有较强的关联性，为磁电耦合及二维多铁性材料的研究提供了新的平台.综上所述，施加合适的应力、外加电场和电荷掺杂对于二维材料铁电性能的设计调控具有重要意义，这为今后的研究奠定了坚实的理论基础.4 其他性能众所周知，当材料中同时具有两种或两种以上基本铁性(如铁磁性、铁电性、铁弹性等)并实现相互耦合,则构成了多铁性.多铁性材料是将多种参量耦合在一起，从而可能实现不同铁性之间的相互调控,形成一种新型的多功能材料，这在纳米电子学等领域有着广阔的应用前景.一般来说，铁电性和铁磁性在信息读写方面各有特点，最佳组合则是“电写磁读”，因而铁电性和铁磁性相互耦合的多铁材料是多功能材料研究领域的热点.Yang等[11]通过第一性原理计算发现，卤素功能化的磷烯双层不仅具有垂直平面的电极化，还具有“可移动”的磁性.它具有特别的优势：“可移动”的磁性可以由铁电性控制，使卤素功能化的磷烯双层在高自旋极化、高p掺杂的“开”状态和无磁绝缘的“关”状态之间转换，从而实现高效的电写入和磁读取.另外，二维层状半导体具有很好的力学性质，有望于制备成柔性电子器件.陈鹏[51]通过结合二维材料的较强机械柔韧性和铁电材料极易被应力调控这两个功能特性，预言了一种二维铁电体BiN.其具有较强的电极化矢量，电极化率高达88 μC/cm2，并且它的电极化矢量对外界机械应力很敏感，所以用很小的应力便可以使极化翻转.同时，它的带隙也会在应力的作用下实现直接带隙和间接带隙之间的相互转化.单层BiN的这些功能特征使得其应用于柔性电子器件当中具有巨大潜力.刘云霞等通。
二维铁电材料的优势
二维铁电材料是一种在二维平面上具有铁电性质的材料。
相比传统的三维铁电材料，二维铁电材料具有许多独特的优势。
本文将从以下几个方面详细介绍二维铁电材料的优势。
首先，二维铁电材料具有较高的表面积与界面效应。
由于其结构仅限于二维平面，二维铁电材料可以拥有更大的比表面积，提供更多的活性位点，从而增加与外界的相互作用。
此外，二维材料的界面效应也能够被充分利用，通过与其他材料的交互作用，实现对其性质的调控与功能的增强。
其次，二维铁电材料具有优异的电子输运性能。
由于二维材料的本征电子结构和能带特性可以通过外界的应变、电场等手段进行调控，因此可以实现对电子输运性能的精确调节。
此外，二维材料中的载流子迁移率较高，电子和孔子的分离效果也较好，这使得二维铁电材料在电子器件和光电器件等领域具有广泛的应用前景。
第三，二维铁电材料具有优异的机械性能。
由于其结构的特殊性质，二维铁电材料表现出了许多独特的力学性能。
例如，二维材料通常具有较高的柔性和可弯曲性，可以适应各种复杂的几何形状和曲率。
此外，二维材料的机械强度也相对较高，能够保持稳定的力学性能，这为其在柔性电子、传感器和纳米机械等领域的应用提供了有力支持。
第四，二维铁电材料具有优异的光学性能。
由于其结构的特殊性质，二维铁电材料表现出了许多独特的光学性能。
例如，二维铁电材料具有较高的光学吸收率和较低的反射率，可以实现高效的光能转换和光学探测。
此外，二维铁电材料还具有调制光学性质的能力，可以通过外界的应变、电场等手段对光学性质进行精确调节，如光学吸收、发射和折射等特性。
最后，二维铁电材料具有较高的化学稳定性和环境适应能力。
由于其结构的特殊性质，二维铁电材料通常具有较高的化学稳定性，可以在各种恶劣环境下保持稳定的性能。
此外，二维材料还具有较高的热稳定性和耐辐照性能，能够适应高温、高压和辐射等极端条件下的应用需求。
综上所述，二维铁电材料作为一种新型的功能材料，具有诸多优势。
其高表面积和界面效应、优异的电子输运性能、出色的机械性能、卓越的光学性能以及良好的化学稳定性和环境适应能力，使得二维铁电材料在电子器件、光电器件、柔性电子、传感器、纳米机械等领域具有广泛的应用前景。
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二维材料中的室温铁电性及器件应用的报告，800字
室温铁电材料是一类功能性材料，其具有在室温下获得较强的铁电效应的特点。
近年来，由于其具有优良的电学性能、多样的结构形式和比较低的成本，该类材料已经成为研究人员所热衷的研究对象。
因此，室温铁电材料广泛应用于电子器件中，以实现各种功能。
室温铁电材料的器件中具有一系列的电学性能，其中包括静态电容，高可靠的内部性能，快速的放电及恢复时间，丰富的积面积，良好的耐热性等。
由于室温铁电材料的强大功能性和其他优异性能，它的应用已经广泛的涉及到了微电子和微机电系统（MEMS）、无线通信系统、数据存储和识别系统、光电子系统、智能传感器系统等。
例如，室温铁电材料能够被用作高速记忆组件，通过其高可靠性和可控的放电及恢复时间，可用于存储大量数据，同时满足快速读写的要求。
此外，室温铁电材料也可被用于敏感应变传感器，该传感器通过检测力、压力、温度变化等，使材料产生微小变化，从而触发外部电子信号。
最后，室温铁电材料也可以汇集多种功能，用于研究新型微电子器件，如可编程功能电路、超级电容器、超级电感器和精密控制器等。
综上所述，室温铁电材料在电子器件中应用范围很广，其独特的特性可以为不同的应用提供便利。
它的低成本及其优良的性能，使它受到越来越多的关注，将更加深入的应用到微电子与电子器件领域中。