图 熔体辅助析出生长过程机制、材料分类及80种超薄二维单晶及大尺寸薄膜

在国家自然科学基金项目（批准号：22171016、21821004、21932001）等资助下，北京航空航天大学宫勇吉教授、北京大学吴凯教授等提出了一种简单、高效的熔体辅助生长二维材料的普适性策略，实现了对熔体辅助合成过程的动力学控制。研究成果以“熔体辅助生长原子级薄材料（Flux-assisted growth of atomically thin materials）”为题，于2022年9月30日在线发表于《自然·合成》（Nature Synthesis）杂志。论文链接：https://doi.org/10.1038/s44160-022-00165-7。二维材料由于其特殊的物理和化学特性，近年来引起了广泛关注。这些原子层厚度的材料为二维极限尺度下探索催化、磁性、超导和拓扑等性质提供了理想的平台，而高质量二维材料的可控制备是其应用的先决条件。化学气相沉积（CVD）和机械剥离（ME）方法已被广泛应用于各种超薄材料的制备，但这些方法仍然面临诸多挑战。如传统CVD方法在合成复杂多元二维材料时很容易发生相分离；对于晶面之间具有较强键合能的非层状材料，既很难被CVD方法合成，也不易用ME方法剥离。鉴于此，为突破传统方法合成二维材料的限制，北京航空航天大学宫勇吉教授团队联合北京大学吴凯教授团队，提出一种全新的熔体辅助生长二维材料的普适性策略。该方法利用经典生长单晶的熔融析出机理辅以限域空间、熔体浸润性等动力学控制因素，成功制备出近百种超薄二维单晶纳米片，包括层状或非层状、少元或多元二维单晶材料（图）。该合成方法可通过组分均匀的熔融相精准控制产物的组分，展现出了制备二维单晶薄膜的潜力。相比传统合成方法，熔体析出法具有高效稳定、组分可控和重复性高等优点，尤其对外在生长条件（如温度、气流大小、前驱体数量等）具有较高容忍度。此外，通过微观原子结构表征及半导体、磁学、超导和铁电性能测试，证明了该方法合成的超薄二维纳米片具有较高的质量和优异的性能。

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