聚焦低维材料的制备和微纳加工——LDMAS2021分会报告集锦

近日，2021年第四届低维材料应用与标准研讨会（简称：LDMAS2021）在北京西郊宾馆成功召开。会议吸引了低维材料与器件相关领域的400余名专家学者与企业代表出席，云端参会人数超过1万人。

会议同期举办5个不同主题的分会场，仪器信息网编辑对“第1分论坛：低维材料的制备和微纳加工”进行了跟踪报道。该会场共安排了16个特邀报告和6个青年报告，相继由清华大学魏飞教授、中国科学院半导体研究所王智杰研究员、湖南大学刘松教授等人主持；内容精彩纷呈，得到与会观众的高度关注，现场座无虚席。

会议现场

报告题目：《超长无缺陷碳纳米管的控制制备与器件、结构材料应用》

清华大学化学工程系教授 魏飞

碳纳米管由于其高比表面积、化学稳定性及导热、导电及力学特性，近年来发展十分迅速。报告中，魏飞教授团队利用碳纳米管几何结构拓扑保护及进化生长的概念，通过动力学选择性实现 650mm 长碳纳米管的无缺陷生长，可实现99.9999%高纯度半导体性碳纳米管的生长，这类碳纳米管的电学、热学性质可以达到理论预测的极限。同时利用这种无缺陷碳纳米管可得到宏观强度、韧性、耐疲劳性高于目前所有材料数量级的碳纳米管高强纤维束。报告最后介绍了高纯碳纳米材料在器件等方面的应用。

报告题目：《拓扑光电探测》

北京大学量子材料中心长聘副教授 孙栋

成熟的半导体可见光和近红外光电探测器是各个领域不可或缺的关键器件，而探测更长波长的中远红外和太赫兹波段的光电探测器却存在多个难以攻克的技术瓶颈。如何实现室温下工作的高性能长波探测器困扰了光电探测领域几十年时间，一直是科研领域关注的重要研究方向之一。基于半金属的材料替代半导体材料有望解决目前低能光子探测方面的一系列问题，但是基于半金属材料的光电探测器为了避免暗电流需要在无偏置条件下工作，一直存在响应度低的关键性能缺陷，限制了其进一步的发展。孙栋教授团队借助于全新的拓扑半金属材料的特殊拓扑性质，于近期克服了一些关键的技术问题，使得基于拓扑半金属的光电探测器在室温的低能光子探测方面展现出了广阔的应用前景。

报告题目：《二维半导体的范德华集成与去集成工艺》

湖南大学教授 刘渊

基于二维半导体材料的低功耗新型器件被认为有望延续摩尔定律存在空间，得到更小尺寸、更高密度的集成电路。然而由于超薄得体厚度，传统的硅基晶体管的高能量制备工艺电极很难应用于脆弱的二维晶格，严重限制了二维半导体器件的性能与其应有的新奇特性。报告中，刘渊教授重点阐述了其开发的范德华异质金属集成方法作为低能量的集成工艺来保证二维半导体的本征性能，这种集成工艺在与传统的硅基工艺兼容的同时，又避免了对二维材料表面的损伤，为二维材料与传统硅工艺的兼容集成提供了新的可能。另外，PVA 旋涂法可以作为一种新的基底和高分子层来补充/代替传统 PPC、PC、PMMA、PDMS 分子层，实现对二维范德华异质结更精确的控制。

报告题目：《二维磁性材料的制备与性质研究》

北京理工大学教授 周家东

二维过渡金属硫属化合物包括硫化物，硒化物和碲化物三大类，表现为 2H，1T，3R 等多种相结构。这些二维材料包括半金属、半导体与绝缘体等，表现出多种优异的物理性质如铁磁、铁电、超导等，使其在诸多领域包括晶体管、光电传感器、高性能自旋电子学器件等领域有着潜在的应用价值。特别的，新型二维磁性材料 CrI3 和 CrSiTe3 的发现开启了二维磁性材料研究的科学前沿。但是对于二维铁磁材料如铁基，铬基等的二元和三元的单层与少层的制备仍非常困难，这极大的限制了其性质与应用的研究。报告主要聚集Fe 基硫族化合物和Cr 基硫族化合物新型二维磁性材料可控合成与性质研究，研究其结构与铁磁性能之间的关系。

报告题目：《亚纳米尺度超薄纳米晶体》

清华大学化学系教授 王训

亚纳米尺度（Sub-1nm）材料指至少在一个维度上特征尺寸小于 1 纳米的材料。这个特征尺寸接近高分子链/DNA 单链的直径，并与无机晶体单晶胞的尺寸相当。亚纳米尺度材料理论上具有很多优异的特性及重要的研究价值，王训教授团队围绕亚纳米尺度材料开展了系统性研究工作：以良溶剂-不良溶剂体系控制晶核尺寸策略为基础，发展出亚纳米尺度材料合成方法学，以此为基础提出亚纳米尺度材料的新概念；发现一维无机纳米材料直径限制在1纳米左右时，会表现出类生物大分子及高分子的特征，其宏观组装体兼具无机与高分子材料的优异性能；实现了具有明确结构亚纳米尺寸团簇的精确组装，进一步证明团簇可以与亚纳米尺寸无机晶核共组装，从而在亚纳米尺度实现对无机材料组分及功能的调控。

报告题目：《钙钛矿量子点原位制备与集成应用》

北京理工大学教授 钟海政

量子点具有光谱可调、溶液加工等特点，是备受关注的新一代光学材料，已经在照明显示、传感探测、太阳能电池、激光等领域展现出应用前景。近年来,钙钛矿量子点的出现，为发展量子点集成应用技术提供了机遇。针对光电集成应用需求，钟海政教授团队发明了钙钛矿量子点的原位制备技术，利用钙钛矿材料的溶液加工特性，通过引入聚合物或者有机分子配体控制结晶过程，在聚合物基质中直接制备出量子点，或者在ITO基片上控制形核和生长过程直接制备量子点薄膜，并在此基础上开展了量子点的显示和传感应用探索。

报告题目：《盐辅助的过渡金属硫化物的可控制备》

湖南大学教授 刘松

二维层状过渡金属硫化物具有优异的电学、光学等性能，在电子学，光电子学、能源催化等多方面具有广泛的研究及应用潜力，但过渡金属硫化物材料的可控生长仍然是该领域的重要问题。报告重点介绍了盐辅助的化学气相沉积法，可控制备并调控过渡金属硫化物及异质结的生长，探索过渡金属硫化物生长的新策略。这些材料制备的可控探索为进一步的电子学及光电子学应用提供了材料基础，并将进一步推动过渡金属硫化物在不同领域的应用。

报告题目：《基于二维纳米材料的聚合物电磁屏蔽复合材料研究》

北京化工大学教授 张好斌

随着电子技术的迅速发展，日渐严重的电磁辐射污染对人们健康和精密电子设备的正常工作造成了难以忽视的影响，因此，发展高性能聚合物电磁屏蔽纳米复合材料在电子、航空、航天等领域具有重要价值。张好斌教授团队致力于研究纳米材料制备、高分子材料加工过程中界面调控和复合体系设计等关键科学问题。报告在其团队前期聚合物/石墨烯纳米复合材料研究基础上，着重介绍了新型二维过渡金属碳/氮化物（MXene）纳米材料在电磁屏蔽应用方面的最新进展，探索充分利用其高电导率和亲水性特性的策略和方法，以期实现聚合物电磁屏蔽纳米复合材料的多功能化和高性能化设计与制备。

报告题目：《低维纳米结构制备技术及其光催化应用》

中国科学院半导体研究所研究员 王智杰

低维纳米结构已经被广泛应用于光电子器件、光伏器件以及光催化等各个领域，并极大 的提高了相关器件的性能。报告主要介绍了几种新型纳米结构及材料制备技术，即缺陷诱导法规则纳米材料制备技术、AB孔氧化铝模板法纳米结构制备技术、以及湿法化学法纳米材料制备技术。利用这些新型纳米结构和材料，王智杰课题组以及合作者开发了一系列高性能光电化学系统，并用于光解水制氢、光催化降解污染等领域；研究了复杂污染物（比如抗生素等）光降解过程中的反应动力学过程，提出了相应的反应动力学模型。相对于常规的光电化学体系，利用复杂结构纳米材料制备的光电化学系统的性能大有提高。

其他精彩报告掠影