顆粒在線訊：與材料組成和結(jié)構(gòu)一樣，尺寸（維度和尺度）同樣可以調(diào)控材料性能。例如，2010年和2023年的諾貝爾物理和化學(xué)獎分別授予二維材料和膠體量子點(diǎn)方面的開創(chuàng)性工作，凸顯了材料維度和尺度的重要性。

中國科學(xué)院國家納米科學(xué)中心張勇團(tuán)隊(duì)致力于極小尺度材料的物理制備及性能研究。前期，提出了二元協(xié)同球磨方法，將球磨極限推進(jìn)至量子尺度；開發(fā)出全物理方法，實(shí)現(xiàn)了量子尺度材料的普適和規(guī)模制備。相對于狹義方法（鹽輔助球磨），廣義方法（硅球輔助球磨）具有更多優(yōu)勢。層狀材料、非層狀材料、非平面層狀材料、非范德華層狀材料等都能夠通過廣義方法達(dá)到量子尺度。性能研究方面，研究人員揭示了材料性能（熒光、非線性光學(xué)、電催化、載流子動力學(xué)）隨材料尺寸的變化規(guī)律；實(shí)現(xiàn)了（可見光波段）最高紀(jì)錄的非線性飽和吸收性能，以及非線性飽和吸收的超高響應(yīng)與超低功率激發(fā)。

近日，該團(tuán)隊(duì)與合作者提出了三元協(xié)同球磨方法，將球磨極限推進(jìn)至亞納米尺度，實(shí)現(xiàn)了亞納米材料的普適制備。研究人員以過渡金屬二硫族化合物為研究對象，確立了三元協(xié)同球磨方法的有效性。單次循環(huán)制備產(chǎn)率分別為7.2 wt%（二硫化鉬）和4.8 wt%（二硫化鎢）。所得亞納米二硫化鉬/二硫化鎢橫向尺寸約為0.44nm和0.47nm，厚度約為0.55nm和0.61nm，從而證實(shí)了其亞納米尺度。與納米尺度和量子尺度相比，亞納米尺度能夠極大提升材料的熒光和非線性光學(xué)性能。該研究以石墨為研究對象，確立了三元協(xié)同球磨方法的普適性；同樣操作，單次循環(huán)制備產(chǎn)率為2.3 wt%，所得亞納米石墨烯橫向尺寸約為0.54nm，厚度約為0.37nm，從而證實(shí)了其亞納米尺度（破缺單胞狀態(tài)）。考慮到上述制備策略的機(jī)械/力學(xué)屬性以及單層石墨烯具有已知最高斷裂強(qiáng)度，亞納米石墨烯的成功制備證明了這一策略的高度普適性。亞納米材料普適制備的實(shí)現(xiàn)，展示了自上而下物理制造的極限能力以及破缺晶格的真正潛力，為研究非平衡亞納米材料的性質(zhì)和相互作用奠定了重要基礎(chǔ)，有望促進(jìn)亞納米材料的規(guī)模制備和全面開發(fā)。

相關(guān)研究成果分別以Sub-1 nm MoS2 and WS2 with extremely enhanced performance和Tailoring graphite into subnanometer graphene為題發(fā)表在《今日納米》（Nano Today）和《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金，中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的支持。

亞納米二硫化鉬/二硫化鎢物理制備

亞納米石墨烯物理制備