神奇的二維材料，國家標準已經出爐?

自2010年石墨烯獲得諾貝爾物理學獎以來，科學家和產業界對石墨烯就開始狂熱的追逐。和石墨的不同之處在于：石墨烯僅有一個碳原子層厚度，并表現出超優異的力學、電學等性能。在追逐石墨烯的同時，一大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樣，具有和體相材料截然不同的新性能.

圖1. 各種二維材料及其結構

近有一個大新聞：在2018年的后一個工作日，由泰州巨納新能源有限公司作為單位牽頭起草的我國shou個石墨烯國家標準GB/T 30544.13-2018： 《納米科技 術語 第13部分：石墨烯及相關二維材料》正式發布了。然而，大家可能沒意識到，這個標準也是二維材料領域的個國家標準。因為這個標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產業的發展都具有非常重要的意義。

那么，什么是二維材料？

根據國家標準的定義，由一層或幾層構成，其中每一層內的原子與所在層內的鄰近原子緊密成鍵結合，有一個維度（即其厚度）處于納米或更小尺度，其余兩個維度通常處于更大尺度的材料，稱為二維材料。

為了更好地方便大家理解這個定義，國家標準對此進行了詳細地備注說明：

1：區分二維材料及體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，從電學測試而言，當其厚度小于或等于10層時是二維材料，當其厚度大于10層時已與體材料，亦即石墨，無明顯區別。

2：層間結合明顯不同并弱于層內結合。

3：每層可包含多種元素。

4：二維材料可以是納米片。

二維材料究竟有什么優異性能？

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

1）更利于化學修飾，可以調控催化和電學性能。

2）更利于電子傳遞，有利于電子器件性能的提升。

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。

類石墨烯的五大二維材料家族

    Yury Gogotsi說：“一個50歲的科學家在實驗室玩新玩具和一個5歲小孩在家里玩新玩具的樂趣沒什么不一樣，二維材料就是我的新玩具！”在石墨烯之外，貪玩的科學家發現了類石墨烯的五大二維材料家族，分別是：MXenes、Xenes、Organicmaterials、TMD（過渡金屬二硫族化物）以及Nitrides（氮化物）。這些材料涉及學科跨度大、范疇廣、種類多，一直以來呈現多點開花、新現象、新應用頻出的創新態勢。二維材料是當下前沿的科研應用領域之一，涵蓋了印刷電子、柔性電子、超級電容、太陽能電池、量子點、傳感器、半導體制造等，具有十分優異的機械、熱學、光學特性，是多領域實現顛覆式創新的基礎。

圖2. 二維材料的五大家族

我國shou個石墨烯和二維材料國家標準主要由泰州巨納新能源有限公司、東南大學等單位起草。泰州巨納新能源有限公司于2010年成立，是國內早從事石墨烯研究、檢測、應用、標準化工作的公司之一。2013年組織召開了*屆石墨烯標準化論壇。2014年起牽頭起草我國*四項石墨烯國家標準計劃項目中的兩項。2014年5月，正式承擔江蘇省戰略性新興產業標準化試點工作并于2016年通過驗收。2014年被科技部認定為國家火炬計劃平臺。2015年建立了低維材料在線商城，目前已給近萬家科研界及工業界客戶提供了高質量的零維、一維、二維材料。2016年12月，經國家標準委和中國科學院批準，承擔全國納米技術標準化技術委員會低維納米結構與性能工作組（編號為SAC/TC279/WG9）秘書處，負責協調和組織全國低維納米材料的標準化工作。2016年底，承擔中國石墨烯資源產業聯盟標準工作委員會秘書處。2018年10月成功組織舉辦首屆低維材料應用與標準研討會（LDMAS2018）。