홑겹

Single-layer materials
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재료 과학에서 단층 재료 또는 2차원 재료는 원자의 단일층으로 이루어진 결정질 고체를 말합니다.이 자료들은 일부 응용 분야에서 유망하지만 여전히 연구의 초점으로 남아 있습니다.단일 원소로부터 유도된 단층 물질은 일반적으로 그래핀과 같은 이름에 -ene 접미사를 포함합니다.2차원 물질은 일반적으로 다양한 원소의 2차원 동소체 또는 2차원 동소체(2개 이상의 공유결합 원소로 구성됨)로 분류될 수 있고, 2차원 물질은 -ane 또는 -ide 접미사를 갖는 것.

수백 개의 안정적인 단층 물질이 존재할 것으로 예측됩니다.[1][2]이들 및 기타 잠재적으로 합성 가능한 단일 레이어 재료의 원자 구조 및 계산된 기본 특성은 컴퓨터 데이터베이스에서 확인할 수 있습니다.[3] 2D 재료는 주로 하향식 박리 및 상향식 합성의 두 가지 접근법을 사용하여 제작할 수 있습니다.박리 방법에는 초음파 처리, 기계적, 수열적, 전기화학적, 레이저 보조 및 마이크로파 보조 박리가 포함됩니다.[4]

단일 요소 재료

C: 그래핀과 그래핀

그래핀
그래핀에 관한 더 자세한 정보 : 그래핀의 잠재적 응용 가능성
그래핀은 탄소 원자로 이루어진 원자 크기의 벌집 격자입니다.

그래핀은 거의 투명한 (가시광선에 대한) 한 원자 두께의 시트 형태의 탄소의 결정 동소체입니다.무게로 따지면 대부분의 강철보다 수백 배나 더 강합니다.[5]이는 구리의 1,000,000배에 달하는 전류 밀도를 보여주는 가장 높은 열 및 전기 전도도를 가지고 있습니다.[6]2004년에 처음 제작되었습니다.[7]

안드레 가임과 콘스탄틴 노보셀로프는 "2차원 물질 그래핀에 관한 획기적인 실험"으로 2010년 노벨 물리학상을 수상했습니다.그들은 먼저 접착 테이프로 벌크 흑연에서 그래핀 플레이크를 들어올린 후 실리콘 웨이퍼 위에 옮기는 방법으로 그것을 만들었습니다.[8]

그래핀

그래핀은 그래핀과 유사한 구조를 가진 또 다른 2차원 탄소 동소체입니다.그것은 아세틸렌 결합으로 연결된 벤젠 고리의 격자로 볼 수 있습니다.아세틸렌기의 함량에 따라, graphyne은 그래핀(순수 spn) 및 다이아몬드(순수 sp23)에 비해 [9][10]1 < n < 2인 혼합 혼성화로 간주될 수 있습니다.

포논 분산 곡선과 ab-initio 유한 온도를 이용한 제1원리 계산에서 양자역학 분자동역학 시뮬레이션은 그래핀과 질화붕소 유사체가 안정적임을 보여주었습니다.[11]

그라핀의 존재는 1960년 이전에 추측되었습니다.[12]아직 합성되지 않았습니다.그러나, graphdiyne (디아세틸렌기를 갖는 graphyne)은 구리 기판에서 합성되었습니다.[13]최근에는 방향 의존성 디랙콘의 잠재성으로 인해 그래핀의 경쟁자로 주장되고 있습니다.[14][15]

B: 보로펜

B
36 클러스터는 가장 작은 보로펜으로 보일 수 있습니다. 정면과 측면에서 볼 수 있습니다.

보로펜은 붕소의 결정 원자 단층이며 붕소 시트라고도 합니다.2015년 실험적으로 확인된 보로펜의 다양한 구조는 1990년대 중반 이론에 의해 자유로운 스탠딩 상태에서 처음 예측된 후,[16] Zhang 등에 의해 기판 상에 별개의 단원자 층으로 입증되었습니다.[17][18][19]

Ge: 게르마넨

게르마넨은 뒤엉킨 벌집 구조를 가진 게르마늄의 2차원 동소체입니다.[20]실험적으로 합성된 게르마넨은 벌집구조를 나타냄.[21][22]이 벌집 구조는 서로 0.2A씩 수직으로 변위되는 두 개의 육각형 서브 격자로 구성됩니다.[23]

Si : 실리콘

얇은 은막 위에 성장된 실리센의 1층(4×4) 및 2층(√3× √3-β)에 대한 STM 이미지.이미지 크기 16x16nm.

실리콘은 그래핀과 비슷한 육각형의 벌집 구조를 가진 실리콘의 2차원 동소체입니다.[24][25][26]그것의 성장은 2차원 층 아래에 만연한 Si/Ag(111) 표면 합금에 의해 발판이 됩니다.[27]

Sn: 스타넨

주요 기사:스타넨
중간 삽입물이 샘플의 대면적 전자현미경 사진을 보여주는 스타넨 플레이크의 격자 이미지.오른쪽 삽입체는 육각형 구조를 확인하는 전자 회절 패턴입니다.

Stanene은 예측된 위상 절연체로 상온 근처의 가장자리에 무분산 전류를 표시할 수 있습니다.그것은 그래핀과 비슷한 방식으로 단층으로 배열된 주석 원자들로 구성되어 있습니다.[28]그것의 엉킨 구조는 NO와x CO와x 같은 일반적인 대기 오염 물질에 대한 높은 반응성으로 이어지고 낮은 온도에서 그것들을 가두고 해리할 수 있습니다.[29]저에너지 전자 회절을 이용한 스타넨의 구조 측정은 Cu(111) 표면에서 초평탄한 스타넨을 보여주었습니다.[30]

Pb: 플럼펜

플럼펜은 납의 2차원 동소체로, 그래핀과 비슷한 육각형 벌집 구조를 가지고 있습니다.[31]

P: 포스포린

인 구조물: (a) 기울어진 뷰, (b) 측면 뷰, (c) 상면 뷰빨간색(파란색) 공은 하부(상부) 층에 있는 인 원자를 나타냅니다.

포스포린은 인의 2차원 결정성 동소체입니다.그것의 단원자 육각형 구조는 그것을 그래핀과 개념적으로 유사하게 만듭니다.그러나, 포스포린은 실질적으로 상이한 전자적 특성을 가지고 있으며, 특히 높은 전자 이동도를 나타내면서 0이 아닌 밴드갭을 가지고 있습니다.[32]이러한 특성은 잠재적으로 그래핀보다 더 나은 반도체를 만듭니다.[33]포스포렌의 합성은 주로 미세 기계적 절단 또는 액상 박리 방법으로 구성됩니다.전자는 수율이 낮은 반면 후자는 고체 지지체가 아닌 용매에서 자유로운 스탠딩 나노시트를 생성합니다.화학기상증착법(CVD)과 같은 상향식 방법은 높은 반응성 때문에 여전히 공백입니다.따라서, 현재 시나리오에서, 포스포렌 박막의 대면적 제작을 위한 가장 효과적인 방법은 조립을 수반하는 Langmuir-Blodgett과 같은 습식 조립 기술과 고체 지지체에 나노시트를 증착하는 것으로 구성됩니다.[34]

Sb: 안티모넨

안티몬은 안티몬의 2차원 동소체로 원자들이 벌집 모양의 격자 모양으로 배열되어 있습니다.이론적 계산에[35] 따르면 안티모넨은 주변 조건에서 광전자에 적합한 성능을 가진 안정적인 반도체가 될 것으로 예측되었습니다.안티모넨은 2016년 미세 기계적 박리에[36] 의해 처음 분리되었으며 주변 조건에서 매우 안정적인 것으로 확인되었습니다.이러한 특성으로 인해 생물 의학 및 에너지 응용 분야에도 적합한 후보 물질이기도 합니다.[37]

2018년에 이루어진 연구에서,[38] 안티모넨 변형 스크린-프린트 전극(SPE)은 그들의 초용량 특성을 특징화하기 위해 2-전극 접근법을 사용하여 갈바노스틱 충/방전 테스트를 받았습니다.관찰된 최상의 구성은 SPE에 36 나노그램의 안티모넨을 함유하고 있었으며 14 Ag의−1 전류에서 1578 Fg의−1 특정 용량을 나타냈습니다.이러한 갈바노스타틱 사이클 중 10,000회 이상에서는 처음 800회 사이클 이후에 용량 유지 값이 65%로 감소하지만 나머지 9,200회 사이클 동안에는 65%에서 63% 사이로 유지됩니다.또한 36ng 안티모넨/SPE 시스템은 20 mWh−1 kg의 에너지 밀도와 4.8 kW kg의−1 전력 밀도를 나타냈습니다.이러한 슈퍼커패시터 특성은 안티모넨이 슈퍼커패시터 시스템에 유망한 전극 재료임을 나타냅니다.안티모넨 개질 SPE에 관한 [39]더 최근의 연구는 전기화학적 패시베이션 층을 형성하여 산소화된 환경에서 전기분석 측정을 용이하게 하는 안티모넨 층의 고유한 능력을 보여주는데, 이는 용해된 산소의 존재가 일반적으로 분석 절차를 방해하는 것입니다.동일한 연구는 또한 안티모넨 산화물/PEDOT의 현장 생산을 설명합니다.질산염 방향족 화합물의 측정을 위한 전기촉매 플랫폼으로서 PSS 나노복합체

Bi: 비스무텐

비스무트의 2차원 동소체인 비스무텐은 위상 절연체로 예측되었습니다.비스무텐은 2015년 탄화규소에서 성장했을 때 위상을 유지할 것으로 예측되었습니다.[40]이 예측은 2016년에 성공적으로 실현되고 종합되었습니다.[41]얼핏 보면 이 계는 Bi 원자가 벌집 격자 안에 배열되어 있기 때문에 그래핀과 비슷합니다.그러나 Bi 원자의 큰 스핀-궤도 상호작용(커플링)과 기판과의 상호작용으로 인해 밴드갭은 800mV만큼 큽니다.따라서 양자 스핀 홀 효과의 상온 적용이 도달됩니다.자연 상태에서 가장 큰 비중립 밴드갭 2D 위상 절연체인 것으로 보고되었습니다.[42][43]비스무텐의 하향식 박리는 최근 전기화학적 센싱 분야에서 비스무텐의 도입을 촉진하는 연구들과 함께 다양한 예들에서[44][45] 보고되고 있습니다.[46][47]Emdadul et al.[48] 은 원자 규모 분석을 통해 단층 β-비스무텐의 기계적 강도와 포논 열전도도를 예측하였습니다.획득된 상온(300K) 파단강도는 안락의자 방향을 따라 ~4.21 N/m, 지그재그 방향을 따라 ~4.22 N/m입니다.300 K에서 영 모듈리는 안락의자와 지그재그 방향을 따라 각각 ~26.1 N/m 및 ~25.5 N/m로 보고됩니다.또한 300K에서 ~1.3W/m ∙K의 포논 열전도율은 유사한 다른 2D 벌집보다 상당히 낮으므로 열전 작동에 유망한 재료입니다.

금속

다층 팔라듐 나노시트의 3D [49]AFM 지형 이미지

2차원 필름 기하학에서 백금의 단일 원자층과 이중 원자층이 입증되었습니다.[50][51]원자적으로 얇은 백금 필름은 그래핀[50] 상에서 에피택셜하게 성장되어 백금의 표면 화학을 변형시키는 압축 변형을 가하며 그래핀을 통해 전하 이동을 가능하게 합니다.[51]두께가 2.6Å 이하인 팔라듐과 [49]4Å[52] 이하인 로듐의 원자단층도 원자간력현미경과 투과전자현미경으로 합성되어 특징지어졌습니다.

2차원 합금

2차원 합금(또는 표면 합금)은 하부 기판과 부등식인 합금의 단일 원자층입니다.예를 들어, Sn과 Bi가 포함된 Pb의 2D 주문 합금이 있습니다.[53][54]표면 합금은 실리콘의 경우와 같이 2차원 층을 스캐폴딩하는 것으로 발견되었습니다.[27]

2차원 초크리스탈

2D 재료의 초결정이 제안되고 이론적으로 시뮬레이션 되었습니다.[55][56]이 단층 결정은 격자의 마디에 있는 원자가 대칭 복합체로 대체되는 초원자 주기 구조로 구성됩니다.예를 들어, 4개 또는 6개의 탄소 원자로 이루어진 그래핀 패턴의 육각형 구조에서 단위 셀의 반복 노드처럼 단일 원자 대신 육각형으로 배열될 것입니다.

컴파운드

육방정계 질화붕소의 교대로 적층된 두 층

전이금속 디칼코게나이드 단층

자세한 정보:전이금속 디칼코게나이드

가장 일반적으로 연구되는 2차원 전이금속 디칼코게나이드(TMD)는 이황화몰리브덴(MoS2)이다.특히 1T 및 2H 단계와 같은 몇 가지 단계가 알려져 있습니다.명명 규칙은 구조를 반영합니다: 삼각형 결정 시스템에서 1T 상은 단위 셀 당 하나의 "시트"(S-Mo-S 층으로 구성됨)를 가지고 있고, 2H 상은 육각형 결정 시스템에서 단위 셀 당 두 개의 시트를 가지고 있습니다.2H 상은 더 일반적인데, 1T 상은 준안정적이고 추가적인 전자 공여체(일반적으로 표면 S 빈 공간)에 의해 안정화되지 않고 자발적으로 2H로 되돌아가기 때문입니다.[60]

이황화몰리브덴(MoS2)의 1T상 및 2H상의 구조, 아래에서 본 바와 같이.시트 내에만 존재하는 공유 결합을 설명하기 위해 각 단계에 대해 두 개의 층이 표시됩니다.

MoS의2 2H 단계(Pearson 기호 hP6; Structurbericht 지정 C7)에는 공간 그룹 P63/mmc가 있습니다.각 층에는 삼각형 각형 협응으로 둘러싸인 Mo가 포함되어 있습니다.[61]반대로, 1T 단계(Pearson symbol hP3)는 공간군 P-3m1과 팔면체로 조정된 Mo를 가지고 있고, 1T 단위 셀은 단 하나의 층만을 포함하고 있으므로, 단위 셀은 2H 단위 셀의 길이(각각 5.95Å와 12.30Å)보다 약간 작은 c 파라미터를 가지고 있습니다.[62]두 상의 다른 결정 구조는 전자 밴드 구조의 차이를 초래합니다.2H-MoS의2 d-궤도는 dz2, dx2-y2,xy, d의xz,yz 세 개의 밴드로 나뉩니다.이 중 d만z2 채워지고, 이것과 함께 분할하면 1.9eV의 밴드갭을 갖는 반도체 물질이 생성됩니다.[63] 1T-MoS는2 d-궤도를 부분적으로 채워 금속적인 특성을 갖습니다.

구조가 면내 공유결합과 층간 반데르발스 상호작용으로 구성되어 있기 때문에 단층 TMD의 전자적 특성은 매우 이방성입니다.예를 들어, 평면 층에 평행한 방향(0.1~1옴cm−1−1)의 MoS의2 전도도는 층에 수직인 전도도보다 ~2200배 더 큽니다.[64]또한 벌크 재료와 비교하여 단층의 특성 사이에 차이가 있습니다. 상온에서의 홀 이동도는 벌크 MoS2(100–500 cmV2−1−1)보다 단층 2H MoS2(0.1–10 cmV2−1−1)의 경우 훨씬 낮습니다.이러한 차이는 주로 단층과 기판 위에 증착된 기판 사이의 전하 트랩 때문에 발생합니다.[65]

MoS는2 (전기) 촉매에 중요한 응용을 가지고 있습니다.다른 2차원 물질과 마찬가지로 특성은 기하학적으로 매우 의존적일 수 있습니다. MoS의2 표면은 촉매 비활성이지만 가장자리는 반응을 촉매하는 활성 부위로 작용할 수 있습니다.[66]이러한 이유로, 디바이스 엔지니어링 및 제조에는 예를 들어, 대형 시트보다는[66] 작은 나노 입자를 사용하거나 시트를 수평이 아닌 수직으로 증착함으로써 촉매 표면적을 최대화하기 위한 고려사항이 포함될 수 있습니다.[67]촉매 효율은 또한 상에 따라 크게 달라지는데, 앞서 언급한 2H2 MoS의 전자적 특성은 촉매 적용에 있어 좋지 않은 후보이지만, 이러한 문제는 금속(1T) 상으로의 전이를 통해 방지될 수 있습니다.1T 단계는 전류 밀도가 10mA/cm2, RHE에 대한 과전위가 -187mV, 타펠 기울기가 43mV/dec(2H 단계의 94mV/dec)로 더 적합한 특성을 가지고 있습니다.[68][69]

그라판

자세한 내용 : 그라판
그라판

그래핀이 sp 결합2 탄소에서 나오는 교대 이중 결합을 가진 육각형 벌집 격자 구조를 가지고 있는 반면, 여전히 육각형 구조를 유지하고 있는 그래판은 모든 sp 결합3 탄소가 수소에 결합된 완전한 수소화 버전의 그래핀입니다(CH의 화학식).n또한 그래핀은 이중 결합 특성으로 인해 평면인 반면, 그라판은 의자나 보트와 같은 다양한 평면 외 구조 적합체를 채택하여 사이클로헥산의 적합체와 직접적으로 유사하게 링 변형을 감소시키는 이상적인 109.5° 각도를 허용하는 등 견고합니다.[70]Graphane은 2003년에 처음 이론화되었고,[71] 2007년에 첫 번째 원리 에너지 계산을 사용하여 안정적인 것으로 나타났으며,[72] 2009년에 처음으로 실험적으로 합성되었습니다.[73]흑연을 제조하기 위한 다양한 실험 경로가 있는데, 용액 내 흑연의 환원 또는 플라즈마/수소 가스를 이용한 흑연의 수소화의 하향식 접근법과 화학 기상 증착의 상향식 접근법이 있습니다.[74]그래판은 3.5 eV 정도의 밴드갭을 갖는 절연체이지만 부분적으로 수소화된 그래핀은 반도체이며 밴드갭은 수소화 정도에 의해 조절됩니다.[75][76]

게르만의

게르마난은 게르마늄으로 구성된 단층 결정으로 각 원자에 대해 z 방향으로 수소 하나가 결합되어 있습니다.[77]Germanane의 구조는 graphane과 비슷하지만,[78] 벌크 게르마늄은 이 구조를 채택하지 않습니다.게르마나인은 게르마나이드 칼슘을 시작으로 2단계 경로로 생성됩니다.이 물질로부터 칼슘(Ca)은 HCl로 탈삽입함으로써 제거되어 GeH라는 경험식을 가진 층상 고체를 제공합니다.[79]Zintl-phase CaGe의2 Ca 사이트는 HCl 용액의 수소 원자와 교환하여 GeH 및 CaCl을2 생성합니다.

에스엘신

SiN의34 첫 번째 포스트 그래핀 부재로 소개된 새로운 2D 물질인 SLSiN(Single-Layer Silicon Nitride에 대한 어크로닉)은 밀도 함수 이론 기반 시뮬레이션을 통해 2020년에 계산적으로 처음 발견되었습니다.이 새로운 물질은 본질적으로 2D이며 약 4 eV의 밴드갭을 가진 절연체이며 열역학적으로 그리고 격자 역학적으로 안정적입니다.


복합표면합금

대개 단층 물질, 특히 원소 동소체는 표면 합금을 통해 지지 기판에 연결됩니다.[27][28]지금까지, 이러한 현상은 실리콘에 대한 다양한 측정 기술의 조합을 통해 증명되었고,[27] 이에 대해 합금은 단일 기술로 증명되기 어렵기 때문에 오랫동안 기대하지 않았습니다.따라서, 2차원 물질 아래의 그러한 스캐폴딩 표면 합금은 또한 다른 2차원 물질 아래에서 기대될 수 있고, 2차원 층의 특성에 상당한 영향을 미칩니다.성장하는 동안 합금은 2차원 층의 기초이자 발판 역할을 모두 하며, 이를 위해 길을 터줍니다.[27]

오가닉

Ni3(HITP)2는 높은 표면적을 가진 유기적이고 결정적이며 구조적으로 조정 가능한 전기 도체입니다.HITP는 유기 화학 물질(2,3,6,7,10,11-헥사아미노트리페닐렌)입니다.그것은 그래핀의 육각형 벌집 구조를 공유합니다.여러 층이 자연스럽게 완벽하게 정렬된 스택을 형성하며, 육각형의 중앙에 동일한 2nm 개구부가 형성됩니다.상온 전기 전도도는 ~40 S cm로−1 벌크 흑연과 맞먹으며 전도성 금속-유기 프레임워크(MOF)에서 가장 높습니다.전도도의 온도 의존성은 100K와 500K 사이의 온도에서 선형적이며, 이는 유기 반도체에서 이전에 관찰되지 않았던 특이한 전하 수송 메커니즘을 암시합니다.[81]

그 물질은 금속 및/또는 유기 화합물을 전환하여 형성된 그룹의 첫 번째 물질이라고 주장되었습니다.물질은 전도도 값이 각각 2, 40−1 S cm인 분말 또는 필름으로 분리될 수 있습니다.[82]

고분자

연구진은 멜라민(탄소와 질소 고리 구조)을 단량체로 사용해 수소 결합으로 결합된 2차원 고분자 시트인 2DPA-1을 개발했습니다.시트는 용액에서 자발적으로 형성되어 박막이 스핀 코팅될 수 있습니다.폴리머의 항복강도는 강철의 2배이며, 방탄유리에 비해 변형력이 6배 이상 강합니다.가스와 액체에는 불침투성입니다.[83][84]

조합

2D 재료의 단일 레이어를 레이어드된 어셈블리로 결합할 수 있습니다.[85]예를 들어, 이중층 그래핀은 두 층의 그래핀으로 이루어진 물질입니다.이중층 그래핀에 대한 최초의 보고 중 하나는 게임과 동료들에 의한 2004년 과학 논문에서 "단 한 개, 두 개, 세 개의 원자층을 포함하는 장치"에 대해 설명한 것입니다.서로 다른 2D 재료의 층을 이루는 조합을 일반적으로 반데르발스 헤테로 구조라고 합니다.트위스트로닉스는 2차원 물질의 층 사이의 각도(twist)가 전기적 특성을 어떻게 변화시킬 수 있는지에 대한 연구입니다.

특징화

2차원 물질의 두께와 크기는 투과전자현미경,[86][87][88] 3차원 전자회절,[89] 주사프로브현미경,[90] 주사터널링현미경,[86] 원자력현미경[86][88][90] 등의 현미경 기술로 구분됩니다.라만 분광법,[86][88][90] X선 회절법,[86][88] X선 광전자 분광법 등의 전기적 특성과 조성 및 결함 등의 구조적 특성을 특징으로 합니다.[91]

기계적 특성화

2D 재료의 기계적 특성화는 많은 2D 재료에 존재하는 주변 반응성과 기판 제약으로 인해 어렵습니다.이를 위해 분자동역학 시뮬레이션 또는 분자역학 시뮬레이션을 이용하여 많은 기계적 특성을 계산합니다.실험적 기계적 특성화는 실험 설정의 조건에서 살아남을 수 있을 뿐만 아니라 적합한 기판에 증착되거나 자유-스탠딩 형태로 존재할 수 있는 2D 재료에서 가능합니다.또한 많은 2D 재료에는 평면 외 변형이 있어 측정값이 더욱 설득력을 갖습니다.[92]

나노 압흔시험은 2차원 재료의 탄성계수, 경도 및 파단강도를 실험적으로 측정하기 위해 일반적으로 사용됩니다.이렇게 직접 측정된 값으로부터 파괴인성, 작업경화지수, 잔류응력 및 항복강도를 추정할 수 있는 모델이 존재합니다.이 실험들은 전용 나노 압입 장비 또는 원자력 현미경(AFM)을 사용하여 실행됩니다. 나노 압입 실험들은 일반적으로 쐐기에 의해 압입되는 것을 경험하는 양쪽 끝에 클램핑된 선형 스트립으로서 2D 재료로 실행됩니다.또는 원형 멤브레인으로 2D 재료를 사용하여 중앙의 구부러진 팁에 의해 만입을 경험하는 원주 주위를 클램핑합니다.스트립 형상은 준비하기 어렵지만 선형 결과 응력장으로 인해 분석이 용이합니다.원형 드럼과 같은 기하학적 구조는 더 일반적으로 사용되며 패턴화된 기판 위에 샘플을 박리하여 쉽게 준비할 수 있습니다.클램핑 공정에서 막에 가해지는 응력을 잔류 응력(residual stress)이라고 합니다.2D 재료의 매우 얇은 층의 경우 굽힘 응력은 일반적으로 들여쓰기 측정에서 무시되며, 굽힘 응력은 다층 샘플에서 관련됩니다.탄성 계수 및 잔류 응력 값은 실험력-변위 곡선의 선형 및 입방형 부분을 결정함으로써 추출할 수 있습니다.2D 시트의 파단응력은 검체의 고장 시 가해지는 응력에서 추출됩니다.AFM tip size는 탄성특성 측정에 영향이 거의 없는 것으로 나타났으나, 파단력은 tip의 정점에 응력집중으로 인해 tip size 의존성이 강한 것으로 나타남.[93]이러한 기술을 이용하여 그래핀의 탄성계수와 항복강도는 각각 342 N/m와 55 N/m로 확인되었습니다.[93]

2D 재료에서 포아송 비율 측정값은 일반적으로 간단합니다.값을 얻기 위해 2D 시트를 응력 아래에 놓고 변위 응답을 측정하거나 MD 계산을 실행합니다.2D 물질에서 발견되는 독특한 구조는 포스포린과[94] 그래핀에서는[95] 보조적 행동을, 삼각 격자 보로펜에서는 포아송의 비율이 0이 되는 것으로 밝혀졌습니다.[96]

이중 패들 발진기 실험 및 MD 시뮬레이션에서 공진 주파수 이동을 측정하여 그래핀의 전단 모듈러스 측정값을 추출했습니다.[97][98]

Mode I (KIC)에서 2D 재료의 파괴인성은 사전 균열층을 늘이고 실시간으로 균열 전파를 모니터링하여 직접 측정하였습니다.[99]MD 시뮬레이션 및 분자 역학 시뮬레이션은 또한 모드 I에서 파괴 인성을 계산하는 데 사용되었습니다.균열 전파는 포스포렌과 같은 이방성 물질에서 특정 방향을 따라 우선적으로 발생하는 것으로 나타났습니다.[100]대부분의 2D 재료는 부서지기 쉬운 골절을 겪는 것으로 나타났습니다.

적용들

주요 기사:그래핀의 잠재적 응용

연구자들 사이에서 가장 큰 기대는 뛰어난 특성을 감안할 때 2D 재료가 기존의 반도체를 대체하여 새로운 세대의 전자 제품을 제공할 것이라는 것입니다.

생물학적 응용

2D 나노물질에 대한 연구는 아직 초기 단계에 있으며, 대부분의 연구는 2D 나노물질의 고유한 물질적 특성을 밝히는 데 초점을 맞추고 있고, 생물의학적 응용에 초점을 맞춘 보고는 거의 없습니다.[101]그럼에도 불구하고, 최근 2D 나노 물질들의 급격한 발전은 생물학적 부분들과의 상호작용에 대해 중요하지만 흥미로운 질문들을 제기하고 있습니다. 탄소계 2D 물질, 실리케이트 점토, 전이금속 디칼코게나이드(TMDs) 및 전이금속 산화물(TMOs)과 같은 2D 나노 입자들은 향상된 물리적, 화학적 및 생물학적 이점을 제공합니다.균일한 형상, 높은 표면 대 부피 비율 및 표면 전하로 인한 기능성.

2차원(2D) 나노물질은 매우 얇은 두께의 나노물질로서,[102] 높은 이방성과 화학적 기능성을 가지고 있으며,[103][104] 2차원 나노물질은 기계적, 화학적, 광학적 특성뿐만 아니라 크기, 형상, 생체적합성, 열화성 등에서 매우 다양한 특성을 가지고 있음.이러한 다양한 특성은 2D 나노 물질을 약물 전달, 영상, 조직 공학, 바이오 센서, 가스 센서 등 다양한 분야에 적합하게 만듭니다.[105][106]하지만, 그들의 저차원 나노구조는 그들에게 몇 가지 공통적인 특징을 줍니다.예를 들어, 2D 나노 물질은 알려진 물질 중 가장 얇은 물질이며, 이것은 또한 알려진 모든 물질 중 가장 높은 특정 표면적을 가지고 있다는 것을 의미합니다.이러한 특성으로 인해 이러한 재료는 소규모에서 높은 수준의 표면 상호작용이 필요한 애플리케이션에 매우 유용합니다.그 결과, 2D 나노 물질은 많은 수의 약물 분자를 흡착하고 방출 속도론에 대한 우수한 제어를 가능하게 할 수 있는 약물 전달 시스템에 사용하기 위해 연구되고 있습니다.[107]또한, 이들의 우수한 표면적 대 부피비 및 전형적으로 높은 모듈러스 값은 낮은 농도에서도 생체의료 나노복합재 및 나노복합재 하이드로겔의 기계적 특성을 향상시키는데 유용합니다.그들의 극도의 얇은 두께는 생체 감지와 유전자 염기 서열 분석의 돌파구가 되었습니다.게다가, 이러한 분자들의 얇은 두께는 빛과 같은 외부 신호에 빠르게 반응할 수 있게 해주는데, 이것은 영상 애플리케이션, 광열 치료(PTT), 광역학 치료(PDT)를 포함한 모든 종류의 광학 치료에 유용하게 쓰이게 했습니다.

2D 나노 물질 분야의 빠른 발전 속도에도 불구하고, 이러한 물질이 생체 적합성에 대해 신중하게 평가되어야 생체 의료 응용에 적합합니다.[108]이러한 종류의 물질의 새로움은 그래핀과 같이 비교적 잘 정립된 2D 물질조차도 살아있는 조직과의 생리적 상호작용 측면에서 잘 이해되지 않는다는 것을 의미합니다.또한, 다양한 입자 크기 및 형태, 제조에 따른 불순물, 단백질 및 면역 상호작용의 복잡성은 이들 물질의 생체 적합성에 대한 지식의 패치워크(patchwork)를 초래했습니다.

참고 항목

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