神奇的二維材料，國家标準已經出爐?

自2010年石墨烯獲得諾貝爾物(wù)理學獎以來，科學家和産業界對石墨烯就開(kāi)始狂熱的追逐。和石墨的不同之處在于：石墨烯僅有一(yī)個碳原子層厚度，并表現出超優異的力學、電(diàn)學等性能。在追逐石墨烯的同時，一(yī)大(dà)批類石墨烯的二維材料也被相繼發現，從元素周期表來看，組成這些二維材料元素主要包括：過渡金屬、碳族元素、硫族元素以及其他。這些納米厚度的二維材料和石墨烯一(yī)樣，具有和體(tǐ)相材料截然不同的新性能.

圖1. 各種二維材料及其結構

近有一(yī)個大(dà)新聞：在2018年的後一(yī)個工(gōng)作日，由泰州巨納新能源有限公司作爲單位牽頭起草的我(wǒ)(wǒ)國shou個石墨烯國家标準GB/T 30544.13-2018： 《納米科技 術語 第13部分(fēn)：石墨烯及相關二維材料》正式發布了。然而，大(dà)家可能沒意識到，這個标準也是二維材料領域的個國家标準。因爲這個标準不僅定義了石墨烯，同時還定義了二維材料等重要術語，因此對整個新型二維材料産業的發展都具有非常重要的意義。

那麽，什麽是二維材料？

根據國家标準的定義，由一(yī)層或幾層構成，其中(zhōng)每一(yī)層内的原子與所在層内的鄰近原子緊密成鍵結合，有一(yī)個維度（即其厚度）處于納米或更小(xiǎo)尺度，其餘兩個維度通常處于更大(dà)尺度的材料，稱爲二維材料。

爲了更好地方便大(dà)家理解這個定義，國家标準對此進行了詳細地備注說明：

1：區分(fēn)二維材料及體(tǐ)材料的臨界層數與被測材料及其性質相關。對于石墨烯層的數量，從電(diàn)學測試而言，當其厚度小(xiǎo)于或等于10層時是二維材料，當其厚度大(dà)于10層時已與體(tǐ)材料，亦即石墨，無明顯區别。

2：層間結合明顯不同并弱于層内結合。

3：每層可包含多種元素。

4：二維材料可以是納米片。

二維材料究竟有什麽優異性能？

    單層二維材料的表面原子幾乎*裸露，相比于體(tǐ)相材料，原子利用率大(dà)大(dà)提高。通過厚度控制和元素摻雜(zá)，就可以更加容易地調控能帶結構和電(diàn)學特性，譬如矽烯(silicene)和磷烯(phosphorene)。二維材料可以是導體(tǐ)、半導體(tǐ)，也可以是絕緣體(tǐ)；可以是化學惰性，也可以随時進行表面化學修飾。概括起來，主要有以下(xià)3個優勢：

1）更利于化學修飾，可以調控催化和電(diàn)學性能。

2）更利于電(diàn)子傳遞，有利于電(diàn)子器件性能的提升。

3）柔性和透明度高，在可穿戴智能器件、柔性儲能器件等領域前景誘人。

類石墨烯的五大(dà)二維材料家族

    Yury Gogotsi說：“一(yī)個50歲的科學家在實驗室玩新玩具和一(yī)個5歲小(xiǎo)孩在家裏玩新玩具的樂趣沒什麽不一(yī)樣，二維材料就是我(wǒ)(wǒ)的新玩具！”在石墨烯之外(wài)，貪玩的科學家發現了類石墨烯的五大(dà)二維材料家族，分(fēn)别是：MXenes、Xenes、Organicmaterials、TMD（過渡金屬二硫族化物(wù)）以及Nitrides（氮化物(wù)）。這些材料涉及學科跨度大(dà)、範疇廣、種類多，一(yī)直以來呈現多點開(kāi)花、新現象、新應用頻(pín)出的創新态勢。二維材料是當下(xià)前沿的科研應用領域之一(yī)，涵蓋了印刷電(diàn)子、柔性電(diàn)子、超級電(diàn)容、太陽能電(diàn)池、量子點、傳感器、半導體(tǐ)制造等，具有十分(fēn)優異的機械、熱學、光學特性，是多領域實現颠覆式創新的基礎。

圖2. 二維材料的五大(dà)家族

我(wǒ)(wǒ)國shou個石墨烯和二維材料國家标準主要由泰州巨納新能源有限公司、東南(nán)大(dà)學等單位起草。泰州巨納新能源有限公司于2010年成立，是國内早從事石墨烯研究、檢測、應用、标準化工(gōng)作的公司之一(yī)。2013年組織召開(kāi)了*屆石墨烯标準化論壇。2014年起牽頭起草我(wǒ)(wǒ)國*四項石墨烯國家标準計劃項目中(zhōng)的兩項。2014年5月，正式承擔江蘇省戰略性新興産業标準化試點工(gōng)作并于2016年通過驗收。2014年被科技部認定爲國家火(huǒ)炬計劃平台。2015年建立了低維材料在線商(shāng)城，目前已給近萬家科研界及工(gōng)業界客戶提供了高質量的零維、一(yī)維、二維材料。2016年12月，經國家标準委和中(zhōng)國科學院批準，承擔全國納米技術标準化技術委員(yuán)會低維納米結構與性能工(gōng)作組（編号爲SAC/TC279/WG9）秘書(shū)處，負責協調和組織全國低維納米材料的标準化工(gōng)作。2016年底，承擔中(zhōng)國石墨烯資(zī)源産業聯盟标準工(gōng)作委員(yuán)會秘書(shū)處。2018年10月成功組織舉辦首屆低維材料應用與标準研讨會（LDMAS2018）。