KISS：一种轻松生产大型清洁二维材料的新方法

KISS 去角质和光发射实验的艺术描绘。二维材料由于与基底的相互作用更强而与母晶分离。紫外光用于光发射电子，从而可以通过电子带的直接成像来研究电子结构，如背景所示。图片来源：Antonija Grubiši?-?abo 和 Dina Maniar，格罗宁根大学

自石墨烯（石墨的二维变体）问世以来，已经过去了将近二十年，由于其独特的物理属性，人们对二维材料的兴趣大大增加。众所周知，石墨烯的最初生产涉及使用胶带从大块石墨上剥离层——虽然这种方法获得了诺贝尔奖，但它也有缺点。

(资料图片仅供参考)

现在，一个由表面科学家组成的国际联盟已经开发出一种直接的方法，可以使用三种不同的基板，从各种材料中创建大型且非常纯净的二维样品。他们的技术名为动力学原位单层合成 (KISS)，最近在Advanced Science杂志上进行了详细介绍。

二维材料具有散装材料所不具备的物理特性。电荷载流子的限制是其原因之一。有两种方法可以生产这些二维材料：剥离更大的晶体或生长二维层。去角质意味着从较大的晶体上剥离层，直到只剩下一层。“这个过程非常耗时，需要特定的技能和设备，”格罗宁根大学（荷兰）的表面科学家、高级科学论文的第一作者 Antonija Grubiši?-?abo 说。“此外，它通常会产生非常小的薄片，而使用的胶带会在其表面留下聚合物。”

此图显示了动态原位单层合成 (KISS) 的设置。散装材料放置在带有弹簧的样品架上以调节冲击（黄色箭头）。然后将其压在金水晶上（蓝色箭头下方稍亮的环）。释放后，二维层将附着在金基板上。图片来源：格罗宁根大学 Antonija Grubiši?-?abo

金子

制作二维电影是另一种方法。这允许在受控条件下生产大样本。“然而，研究如何生长这种二维材料通常需要花费大量时间。而且这个过程并不总是会产生完美的层，”Grubiši?-?abo 说。她与最后一位作者 Maciej Dendzik 一起组建了一个由同事组成的“梦之队”，其中许多人之前曾在奥胡斯大学（丹麦）攻读博士学位。学生，开发一种简单的二维材料生产技术。

“我们知道一些实验，其中金膜被用来剥离散装材料。但这些主要是在空气中进行的，这意味着这种技术不太适合空气敏感材料或表面科学研究。” 该团队想要一种能够在一系列基材上生产空气敏感二维材料的技术。在他们的第一次尝试中，他们在高真空室中使用了金晶体。“我们基本上将晶体撞击到块状材料上，发现一个漂亮的二维层粘在了黄金上。” 为什么会发生这种情况尚不清楚，但该团队怀疑与金的结合比将大块晶体中的各层保持在一起的范德华力更强。

这是 Antonija Grubiši?-?abo 博士，他是格罗宁根大学（荷兰）的表面科学家，也是高级科学论文的第一作者。图片来源：格罗宁根大学

设备

他们在第一个实验的基础上，在舞台上添加了一个弹簧，其主体材料充当减震器，从而可以更好地控制金晶体的影响。此外，该团队还表明，银和半导体锗都可以用作剥离二维材料的基板。“金晶体是表面科学实验室的标准特征，例如，它们用于校准仪器。科学家们不喜欢损坏这些晶体，但在这些实验中并没有发生这种情况，”Grubiši?-?abo 说。“从那以后，我们改变了使用单晶金薄膜的协议。这具有能够溶解金的额外优势，因此我们可以分离二维样品，只要它在空气或液体中稳定即可。”

这些分离的样品可用于下一阶段：使用 KISS 技术生产的二维材料构建设备。“这还不可能，但我们正在努力，”Grubiši?-?abo 说。“因此，我们所拥有的是一种以非常简单的方式生产非常干净、大型二维样本的技术，这使我们能够创建对空气敏感的二维材料。此外，我们的技术使用的标准设备几乎存在于每个表面科学实验室中。”