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映射晶体形状可以快速跟踪二维材料

莱斯大学和宾夕法尼亚大学的材料科学家呼吁全球共同努力,以快速跟踪二维材料(如石墨烯和二硫化钼)的大规模生产。在《今日材料》在线发表的一篇观点文章中,期刊主编Jun Lou及其同事提出了集中而集体的努力,以应对可能为大规模大规模生产二维材料铺平道路的研究挑战。

娄和莱斯大学的材料科学家唐明,张静和王凡加入了Penn的Vivek Shenoy,他描述了二维材料技术的潜在转变,这种转变可能是由于系统地,全社会努力绘制二维晶体的形状而得出的。通过称为化学气相沉积(CVD)的方法在全球实验室中生长。

他们写道:“就像大自然中的雪花一样,二维晶体在不同的生长条件下表现出多种形态。”

研究人员绘制这些独特的晶体图案并将其映射到全球数据库中,并结合创建每种图案的方法,可以解锁大量信息,“以了解,诊断和控制CVD工艺和环境以促进二维材料的生长。”写道。

CVD是用于制造薄膜的常用方法,该薄膜包括半导体工业中商业上重要的材料。在典型的CVD反应中,将一块称为基材的扁平材料放在反应室中,气体流经该室,使它们起反应并在基材顶部形成固体膜。

该领域的目标之一是开发能够准确预测薄膜的特性的计算机软件,该薄膜的特性将由特定条件下特定反应气体的混合产生。由于对CVD期间发生的物理和化学过程的不完全了解以及数十种CVD反应器形式的存在,创建此类模型变得很复杂。

Lou及其同事建议,对通过CVD实验产生的晶体的形状进行分类可以为材料科学家提供有关其合成的重要信息,这与矿物学家基于对自然存在的晶体结构的检查来检索有关地球历史的有价值线索非常相似。

作者写道:“以美丽的雪花为例。” “对于许多人来说,也许令人惊讶的事实是,雪晶可以表现出许多不同种类的形状,这取决于它们所形成的大气层的温度和水的过饱和度。”

日本科学家中谷宇一郎(Ukichiro Nakaya)通过在自然界和实验室中对雪花的广泛观察,开发了一个称为中谷图的图形,以帮助破译雪花中的信息。通过检查雪花中的形状,并查看这些形状在中谷图上的位置,科学家可以确定产生雪花的确切大气条件,中谷诗意地称其为“来自天空的信”。

受Nakaya工作的启发,Lou及其同事创建了一个类似Nakaya的通过CVD生产的二维晶体图案图,并演示了如何将其和其他形态图用于推断有关工艺变量的线索,例如气体流速和加热温度产生了每个图案。

由于实时成像和可以生成大量晶体结构数据集的自动化系统的进步,作者说:“形态图开发的实际潜力已成为一种普遍的实践,并成为晶体生长的基石。”

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