新方法可提升超薄二维材料金属烯稳定性
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2025-12-13 02:00:54
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新华社赫尔辛基12月11日电(记者朱昊晨 徐谦)芬兰于韦斯屈莱大学日前发布的新闻公报说,该校研究人员发现了提升超薄新兴二维材料金属烯稳定性的新方法。这一突破有望为开发新一代纳米电子器件、能源技术和生物医用材料等提供新思路。

公报说,金属烯是一类由金属原子组成的二维金属材料,其厚度仅为一个或几个原子层。由于其超薄片层结构,这类材料在诸多领域应用前景广阔,但同时也面临稳定性不足、制备方法受限等问题。

为解决上述问题,研究人员选用了经典二维材料石墨烯作为模板材料,使其与金属烯在原子尺度上进行“拼接”,以提高金属烯的稳定性。随后,研究人员采用量子力学建模结合先进机器学习算法,对多达1080种“石墨烯-金属烯”界面进行了系统计算和比对。所谓界面,是指两种二维材料在“拼接”时形成的边界。

结果显示,界面几何结构的“规整程度”对金属烯的稳定性至关重要。平滑、紧密匹配的界面形态更稳固,能够更好承受缺陷和机械应力;而不规则的边界、错配较严重的界面则会导致结构失稳甚至断裂。

研究还发现,当金属烯由过渡金属元素构成时,其与石墨烯“拼接”形成的界面通常更为稳固。过渡金属是指元素周期表中的第3族至第12族元素,如铁、镍、铜、钼等。

研究人员表示,该研究为如何设计更稳定、更大尺寸的金属烯结构提供了系统性认识,有助于指导实验中制备更坚固的金属烯界面,为金属烯从实验室走向实际应用奠定了基础。此外,该研究还验证了机器学习模型可用于快速筛选候选材料和结构方案,大幅减少“试错”成本,为后续新材料设计提供高效工具。

相关研究成果已发表在国际学术期刊《纳米尺度》上。

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