提起二维材料,大多数人会觉得相当陌生。但在一系列可能和AI产生故事的技术中,二维材料在2018年一年的发展算是相当惊人的。
二维材料是指电子仅可在两个维度的非纳米尺度(1 - 100 nm)上自由运动的材料。这句话虽然很难理解,但提起石墨烯,大家一定会不约而同的说一声——“搜嘎”。
没错,这几年大热的石墨烯就是典型的二维材料。结构和形态够薄够轻,韧性更强,透光性更强,对热能的传导效率也更强。当然这类材料也距离现实应用更为遥远。
除去我们最熟悉的石墨烯之外,拓扑绝缘体,过渡金属硫化物,黑磷等等同样也是二维材料。今天这一期“人工智能的朋友们”就来谈谈,二维材料在这一年走了多远。
作为一项尚未成熟的技术,二维材料最有趣的地方就是在材料本身上还有很多不确定性。在2018年,二维材料最基础的进步就是有越来越多的材料种类被我们发现了。
今年新兴的材料种类有很多,进展较大有两种,一个是二维钙钛矿,还有一个是锑烯。前者有非常优异的光电特性,透光和光线吸收能力都非常强,在电池,LED显示屏,照明设备等等方面都可能有意想不到应用。后者则稳定性更强,适用于激光器,柔性设备等等。
尤其在今年上半年,自然杂志上一篇论文提出了一种名叫“二维过渡金属硫属化合物”,通过最新的合成策略,可以一招合成四十七种二维材料,其中还包括十七种应用型极强的金属材料。
对于二维材料来说,类型的增多,合成方式的高效都意味着一件事——二维材料的造价成本正在降低,批量生产效率也在快速提高。
我们之所以沉迷二维材料无法自拔,是因为这种超轻、超薄,超韧性的材料如同虫子一般,可以满足我们对未来世界的太多想象。觉得手机还可以再轻薄一点?柔软的二维材料液晶屏结合二维材料晶体管可以让手机像画轴一样卷成一支铅笔。因为燃料问题载人火箭飞的不够远?更换成二维材料可以大大减少重量解决能源。
当然,以上这些属于脑洞型用途,大多数是根据二维材料的物理特性推测得出的结论,只有在极端理想的条件下才能实现。不过在2018年,关于二维材料的一项重要进展,就是在应用方式上开始有了更多实际的方案。
在最近普渡大学与美国国家标准与技术研究院得出的研究成果,就是其中一个典型。
以往我们应用的闪存式存储器,从形态和容量上来说已经很难实现突破。为了创造出形态更小,存取储存更快,容量更大的存储器,研究人员们利用起一种名为二碲化钼二维材料。这种材料可以堆叠在一起被制作成“电阻记忆式存储器”,外部电压变化时,材料可以“记”住电阻的变化,从而形成0和1区分。由于二碲化钼极为稳定,可以经受起无数次电阻变化,也让这种电阻记忆式的储存模式终于可以切实应用。
或许过不了几年,我们就能在电脑,手机上使用这种全新的存储单元了。
当然,更能吸引我们的,还是二维材料具体的产品化进程。它们出现在了哪些量产产品里,我们是否已经应用上了它们,相比并不少见的科研进展,这些有关产品化的问题距离我们这些普通消费者更近。
坦白来说,虽然这些年间二维材料的种类层出不穷,可是真正在产品化上进展较快的,还是石墨烯这位“老戏骨”。不过老戏骨的发展方向有两种,一种是“烂片客串”式。频繁的出现在某宝,众筹网站一类地方所售卖的电热毯,棉被,鞋子,秋衣秋裤等等产品中,结果不用多想,自然是假的。另一种则是“小众文艺片”方向,虽然还有进步,但是距离人们的期望还很远。就像华为今年在交配20 x上应用的石墨烯薄膜散热,且不提石墨烯薄膜和液冷技术各自对于散热的贡献几何,但从吃瓜群众的角度来看,人们更期待民用量产的还是传说中一秒充满电的石墨烯电池。
