由美國麻省理工學(xué)院和其他著名科研院所組成的研究團隊近期研發(fā)了一種新型超薄涂層，該涂層在各種高科技二維材料上具有廣泛的應(yīng)用潛力，價格不貴、易施工，而且可以根據(jù)需要采用有機酸剝離該涂層。

　　光學(xué)和電子領(lǐng)域的二維材料

　　二維材料可在光學(xué)、電子或光電應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮其優(yōu)異的特性，但由于其遇氧氣和水汽時會發(fā)生急速降解，使其應(yīng)用受到極大限制。而之前研發(fā)出來的防護涂層既貴又有毒性，且不易被剝離去除。

　　二維材料形成的薄片僅有1個或幾個原子的厚度，且由于二維材料具有獨特的電子和光學(xué)特性，其應(yīng)用前景廣闊，例如高靈敏度的光感探測器。但是，當(dāng)暴露于潮濕空氣或各種化學(xué)品環(huán)境中時，大多數(shù)二維材料包括黑磷以及硫族過渡金屬材料都會發(fā)生腐蝕。甚至在短短幾小時內(nèi)就發(fā)生明顯的性能失效，這導(dǎo)致二維材料在實際應(yīng)用中受到很大的限制。

　　二維材料的防護

　　研究人員指出，“為二維材料研發(fā)一種防護層是關(guān)鍵的課題，如果不能在空氣中使二維材料穩(wěn)定，對它們的利用就會受到限制?！惫柙陔娮釉O(shè)備中是一種應(yīng)用很普遍的材料，之所以如此，是因為硅暴露于空氣環(huán)境中時，其表面會自然生成一種二氧化硅保護層，防止其表面進一步受損。但是對于那些超薄二維材料而言，難度要大得多。

　　曾嘗試用防護涂層來涂覆各種二維材料，但是到目前為止，進展不大。大多數(shù)防護涂層比二維材料本身要厚得多，而且也非常脆，容易產(chǎn)生裂紋，腐蝕性液體或氣體能從中滲透。另外，這些防護涂層大多數(shù)毒性大，在工藝上不好處理。

　　新型涂層：線性烷基胺的出現(xiàn)

　　研究人員指出，這種新型涂層是基于一種直鏈烷基胺的化合物，改善了上述缺陷。該涂層材料能以厚度僅為1 nm的超薄層形式進行涂覆，并且在涂覆后進一步加熱該材料可以修復(fù)微小的裂縫，從而形成連續(xù)的屏蔽層。該涂層不僅能抵御各種液體和溶劑的滲透，還能有效阻止氧氣的滲透。另外，根據(jù)需要，可以采用某類有機酸將該屏蔽層剝離。

　　防腐蝕超薄二維材料

　　研究人員指出，這是保護超薄二維材料的一種獨特方法，它會產(chǎn)生厚度僅為1個分子厚的屏蔽涂層，即單分子層，而且防護非常持久。能使二維材料的使用壽命延長了100倍，從幾個小時延長到 幾個月。另外，這種涂層不貴、易施工。

　　除了對這些新型防護涂層的分子行為進行理論模型分析外，研究團隊還將新型涂層對由過渡金屬超薄材料制成的光電探測器進行防護，以此作為驗證試驗，新型涂層具有超疏水性，能有效抑制水?dāng)U散到涂層中，從而避免水溶解掉涂層中自然形成的保護性氧化層而消除腐蝕的發(fā)生。

　　新型涂層涂覆工藝簡單，將二維材料浸入液態(tài)己胺（線性烷基胺的一種形式）中，約20 min后即可在常壓、130℃溫度條件下形成防護層。然后再浸入氣相己胺中，使防護層光滑平整無裂縫。

　　該涂層的應(yīng)用能為二維材料（如硫族過渡金屬、黑磷，也包括硅及其他相關(guān)材料）開辟新的應(yīng)用研究。由于黑磷是所有這些材料中最易受破壞且最容易降解的物質(zhì)，因此該團隊先從黑磷的防護著手研究。

　　該研究團隊的成員來自美國麻省理工學(xué)院的核科學(xué)與工程系、化學(xué)系、材料科學(xué)與工程系、電氣工程與計算機科學(xué)系以及電子研究實驗室；澳大利亞國立大學(xué)；中國科學(xué)院大學(xué)；丹麥奧爾胡斯大學(xué)；英國牛津大學(xué)；日本信州大學(xué)。

更新日期：2019-12-30

上一篇： 2019年度中國汽車涂料行業(yè)分析 下一篇： 屋頂統(tǒng)一噴漆大面積脫落！居民如何解決這些“后遺癥”？