Advanced Functional Materials:思维拓展 ——基于Bi2O2Se二维薄膜的竖直生长

二维层状材料因其独特的光学、电学和热学特性而受到越来越多的关注。近年来人们一直致力于为基础研究和器件构造生长高质量的二维层状材料,其中化学气相传输是制备各种具有高晶体质量的二维层状材料的重要工艺之一。在传统的晶体生长过程中,由于材料表面与衬底之间结合最紧密,因此层状材料一般会在衬底上平铺生长,但是这也对材料的无损转移和异质结器件构筑等带来了困难。因此,人们希望得到高质量的层状材料,需要尽量降低材料与衬底的结合能力。而了解二维材料生长机制,降低衬底对二维材料生长的影响,对得到高质量的二维晶体有至关重要的作用。

以Bi2O2Se材料为例,由于其较高的迁移率和热电潜力而成为重要的二维层状材料之一。在之前的研究中,由于Bi2O2Se和云母衬底之间的晶格匹配,人们通过化学气相沉积的方法在云母衬底上平面地生长了Bi2O2Se二维薄膜。但是,也正是由于云母衬底和薄膜材料之间较强的结合力,人们很难做到在不破坏晶体质量的情况下将其转移到新的衬底上构筑器件进行相关物理性质测试。

南京大学现代工学院朱嘉课题组通过引入Bi2O3作为种子层,改变Bi2O2Se和衬底的接触晶面,从而使得高晶体质量的Bi2O2Se二维薄膜可以在云母衬底上成功实现地垂直生长。这些垂直生长的Bi2O2Se纳米薄膜可以便捷地并且无污染地转移到悬空器件上,从而首次实验测得了该二维材料面内的热导率,显示其作为热电材料的潜力。

研究者相信,此项研究将会为二维材料的竖直生长、无损伤转移、以及二维材料器件的构筑提供新的思路。相关论文以“Seed‐Induced Vertical Growth of 2D Bi2O2Se Nanoplates by Chemical Vapor Transport”为题,在线发表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.201906639) 上。