從實驗室到工業現實   過渡金屬碲化物奈米片量產曙光

編譯／高晟鈞

過渡金屬碲化物在各個領域與基礎研究中表現出巨大潛力，然而大規模生產卻始終無法實現，最多只能作為一種「實驗室的新奇現象」，而非實用的工業材料。直到最近中國的研究團隊開發出了一種新穎的製造技術，成功使用化學溶液從母體化合物上將奈米薄層剝離，有望成為量產過渡金屬碲化物（TMT）奈米片（Nanosheet）的最終方法。

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過渡金屬碲化物

在二維材料領域（僅包含單層原子的材料，如奈米片、奈米薄膜、奈米塗層和石墨烯），過渡金屬碲化物（TMT）奈米片在近年來表現出許多奇特的性質，包括從金屬到半導體、絕緣體和超導體的一系列狀態，以及特殊的磁性與催化活性等。

這些特性在電子、能源儲存、催化和感測領域提供了一系列潛在的應用，特別是TMT奈米片的高導電性與大表面積特性，使其成為電池和超級電容器的新型電極的最佳候選材料，提高其效率與性能。此外，TMT奈米片也表現出了包含光伏、熱電、氫能，甚至像是量子振盪與巨大磁阻效應等有趣的量子現象。

不幸的是，在實現超薄、大表面積、高品質同時要保持高結晶度的TMT奈米片實屬不易，除了處理時間過長，TMT奈米片的分離通常也涉及有毒化學物質，以上都阻礙了其邁入大規模商業應用的腳步。

製程突破

研究團隊最終透過化學氣相沉積、水解以及最後的奈米片剝離的簡化過程解決了這個問題。首先使用化學氣相沉積大量製備碲化物晶體，當反應容器被加熱時，氣體前體與載氣會以蒸氣形式攜帶固體化合物，在穿過反應容器遇到溫度較低的表面的時候，化合物便會愈冷凝結，沉積於表面上形成晶體。

隨即，研究團隊將得到的碲化物晶體與硼氫化鋰混和，形成一中間過渡化合物，再加入水後便可以剝離，得到最後的TMT奈米片。最後，收集剝離的金屬碲化物奈米片並根據其形狀和尺寸進行表徵，使它們能夠根據所需的應用進一步加工成不同的形式，例如薄膜、墨水和複合材料。

整個過程耗時僅僅不到20分鐘，便能以非常高的產率生產所需厚度的高品質TMT奈米片。這些奈米片經測試後，表現出了優秀的電荷儲存、高容量與穩定性，有望成為邁向商業化的最後製程。

資料來源:ScitechDaily

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