新型超薄涂层耐腐蚀薄原子片

该图显示了新涂层材料的分子结构的边缘视图。涂层的薄层材料在底部以紫色表示，并且环境空气显示为顶部的氧气和水的散射分子。介于两者之间的暗层是保护材料，其允许一些氧（红色）通过，形成下面的氧化物层提供添加的保护。

在暴露于氧气和水蒸气时，它们具有对光学，电子或光电应用具有有希望的具有前景性能的多种二维材料已经保持回来。迄今为止开发的保护涂层已被证明是昂贵的且毒性，不能从中取出。

现在，麻省理工学院和其他地方的一支研究人员组织开发了一种超薄涂层，便宜，易于施用，可以通过施加某些酸来除去。

研究人员说，新涂层可以为这些“迷人”2D材料开辟各种各样的潜在应用。他们的调查结果是本周在PNA期刊PNA的报告中，夹苏的案例;教授Ju Li，Jing Kong，Mircea Dinca，以及尤君胡;和13人在麻省理工学院和澳大利亚，中国，丹麦，日本和u.k.

对2D材料的研究，形成薄片只有一个或几个原子厚，是“一个非常活跃的场，”李说。由于它们不寻常的电子和光学性质，这些材料具有有前途的应用，例如高度敏感的光探测器。但是它们中的许多，包括黑色磷和全类材料，称为过渡金属二甲基甲基化物（TMDS），当暴露于潮湿空气或各种化学物质时腐蚀。他们中的许多人在几个小时内显着降低，妨碍了他们对现实世界应用的有用性。

李说：“这是一个关键问题”，李说。“如果你不能在空中稳定它们，他们的可加工性和有用性有限。”他说，硅已经成为电子设备的一种无处不在的材料，是因为它在暴露于空气时自然地在其表面上形成硅的保护层，防止表面进一步降低。但是，这些原子薄材料更难以，其总厚度可能比二氧化硅保护层更小。

已经试图用保护屏幕涂上各种2D材料，但到目前为止他们有严重的局限性。大多数涂层比2D材料本身更厚。大多数也是非常脆的，容易形成腐蚀液或蒸气的裂缝，许多也非常有毒，创造处理和处理问题。

研究人员表示，基于称为线性烷基胺的化合物的新涂层改善了这些缺点。该材料可以在超薄层中施加，只需1纳米（十亿分钟）厚，并且在施用后进一步加热材料愈合微小裂缝以形成连续的屏障。涂层不仅渗透到各种液体和溶剂，而且显着阻断氧气的渗透。并且，如果某些有机酸需要，可以在以后删除。

李说：“这是一种独特的方法”，李说，只需单一分子厚，称为单层的单个分子，这提供了显着耐用的保护。“这使得材料为100倍的寿命，”他说，将一些这些材料的可加工性和可用性从几小时延伸到几个小时。涂料化合物是“非常便宜且易于施用”，他补充道。

除了这些涂层的分子行为的理论建模之外，该团队除了用新涂层保护的TMD材料的薄片制成工作光电探测器，作为概念的证据。涂料是疏水性的，这意味着它强烈地击退了水，否则将脱离涂层并将天然形成的保护性氧化物层溶解在涂层内，导致快速腐蚀。

苏解释说，涂层的应用是一个非常简单的过程。将2D材料简单地放入液体己胺的浴中，是线性烷基胺的形式，其在约20分钟后在常压130摄氏度的温度下建立保护涂层。然后，为了产生平滑，无裂缝的表面，将材料浸入同一己胺的蒸气中另外20分钟。

“你只是把晶圆放入这种液体化学品中，让它加热，”苏说。“基本上，就是这样。”涂层“非常稳定，但它可以通过某些非常特异的有机酸除去。”

使用这种涂层可以开辟关于有前途的2D材料的新领域，包括TMD和黑色磷，但可能也是硅，斯坦丁和其他相关材料。由于黑色磷是所有这些材料的最脆弱且容易贬低，这就是球队用于初始概念证明的团队。

苏说，新涂层可以提供克服“使用这些迷人的2D材料的第一个障碍的方式。”“实际上，您需要在处理之前处理处理期间的退化，”此步骤现已完成，他说。

该团队包括MIT核科学与工程，化学，材料科学和工程，电气工程和计算机科学部门的研究人员，以及电子学院的研究实验室，以及澳大利亚国立大学，中国科学院大学，丹麦大学，牛津大学，日本史沭大学。这项工作得到了激动的兴趣和能源前沿研究中心的支持，由美国能源部资助的，由美国科学院，皇家社会，美国陆军研究办公室通过麻省理工学院研究所士兵纳米技术和东北大学。

参考：“防水分子单层稳定2D材料”由宗宇尹，清博燕，Zegao王，洪涛林，雷孙，文花徐，Tetsuya yamada，Xiang Ji，Nobuyuki Zettsu，Katsuya Teshima，Jamie H. Warner，Mircea Dincë，juejun hu，mingong dong，gang su，景kong和ju li，2019年10月1日，国家科学院院长。我：
10.1073 / PNAS.1909500116