近日，华中科技大学翟天助/王好意思慧团队发表综述论文，总结了二维分子晶体在电子与光电子器件应用中的近况与挑战。领先系统综合了二维分子晶体的主要类型，并总结了三种调控晶体描画与性质的要道计策。收获于其较弱的分子间作用劲迪士尼彩乐园微信群，二维分子晶体的描画和性质可通过分子结构联想、分子胪列调控以及高压或应力作用下的分子间作用劲退换等花式终了存效调控。随后，重心转头了比年来高质地二维分子晶体的制备阵势，主要包括气相千里积法和溶液法，表现了各式阵势的优纰谬。临了，详细接洽了二维分子晶体在电子和光电子器件中的应用出路与挑战，其可调控的优异性能和可批量化的制备为新一代器件开发提供了蹙迫机遇。
晶体是由离子、原子或分子通过多种互相作用劲在长程有序结构中胪列酿成的固体。凭证作用劲的强度各别，晶体可分为离子晶体、共价晶体、金属晶体和分子晶体，诀别对应离子键、共价键、金属键和弱分子间互相作用。功能晶体材料在终了光、电、磁、机械力、热和声等不同能量体式改造与互相作用的器件研发中证据着要道作用，已粗拙应用于航空航天、半导体、通讯和医疗等规模。传统自然晶体往往呈现三维结构，自2004年石墨烯被发现以来，具有层间为范德华力，层内为共价键结构特色的二维原子晶体材料引起了科学界的粗拙珍爱，原子级的厚度和二维秉性使其在场效应晶体管和光电探伤器等应用中展现出超卓的性能上风。
比年来，二维分子晶体（2D MCs）行为一种新式二维材料体系崭露头角，其由有机或无机分子完竣通过弱的分子间作用劲缜密连结而成。二维分子晶体被界说为由分子组成的晶体材料，其厚度仅为几个单分子层（往往小于10 nm），且横向尺寸与厚度的纵横比进步100。凭证组因素子的类型，二维分子晶体可分为有机分子晶体（OMCs）、无机分子晶体（IMCs）过头共晶体三大类。这类材料凭借其结构各类性、可批量化制备和强的光-物资互相作用，在电子学和光电子学规模引起了粗拙珍爱。
图1 | 主要内容闪现图。
二维无机分子晶体的相干现在处于新兴阶段，主要包括笼状分子、非金属元素以及后过渡金属卤化物等。而二维有机分子晶体在畴昔的几十年间获得了令东说念主瞩绸缪禁锢，浩荡p型和n型分子家眷被成功开发，涵盖了并苯类、硫属杂环化合物、C60过头繁衍物等。跟着对分子联想和胪列花式的真切领会，二维有机分子晶体的载流子迁徙率终赫然显耀进步，从0.1 cm² V⁻¹ s⁻¹跃升至数十cm² V⁻¹ s⁻¹，已与多晶硅半导体的性能终点。调控分子间作用劲的计策主要有三种：联想单个分子的结构、调控分子胪列以及施加外力。通过这些阵势，二维分子晶体的描画和性能不错得到灵验调控。
图2 | 通过改变分子间作用劲来调控二维分子晶体性能的三种计策，包括结构联想、分子胪列调控以及外力作用。
由于分子单位之间的分子间作用劲较弱，是以二维分子晶体的制备条款相对缓和。在二维分子晶体的气相法制备中，现在主要选用两种计策：基于钝化剂补助的气相千里积和在特定基底上的外延滋长。高质地的分子晶体多晶薄膜不错在低于200°C的温度下千里积在职意基底上，况兼选用晶格匹配的单晶衬底不错制备出大面积的分子单晶。气相千里积法八成制备出厚度可控、结晶度优异的大面积二维分子晶体，但该阵势的应用受限于分子的热理会性，仅适用于高热理会性的分子体系。
图3 | 通过气相千里积法制备二维分子晶体。
溶液法因其操作便捷、工艺可控、可批量化制备等优点，粗拙用于制备二维有机分子晶体。比年来，该阵势的应用规模进一步拓展，已胜诓骗于滋长二维无机分子晶体及共晶材料。溶液法主要可分为自拼装吞并计策和外部补助计策两大类。其中，自拼装吞并计策是一种从下到上的滋长阵势，依赖于晶体的自愿成核、胪列和滋长经由；而外部补助计策通过施加剪切力、阻力、毛细力及重力等握续外力场，八成精准调控晶体滋长取向，从而制备出具有高度取向性的二维分子晶体。溶液法适用于在平日有机溶剂中融解度较高的小分子，对于大深广有机溶剂中融解度低但载流子迁徙率高的大分子，迪士尼彩乐园ⅲ怎么样则需要选用其他替代阵势；受溶剂快速挥发的影响，外力补助法制备的薄膜中常出现空位和多晶相，导致薄膜质地有待进一步进步。
图4 | 通过溶液法制备二维分子晶体。
由于其独特的结构，二维分子晶体在电子和光电器件中展现出多功能秉性。举例，有机半导体薄膜因其高的迁徙率和雅致的柔性而被粗拙用作沟说念材料，在电子和浮现行业的应用出路十分开阔。收获于在环境条款下优异的化学理会性和可批量化制备的优点，无机分子晶体可行为独特的封装层材料，灵验进步其他材料的环境理会性并保管器件性能。诓骗二维无机分子晶体无吊挂键的秉性，不错将其行为介电层，从而构建出完满的范德华界面，展现出优异的器件性能。
图5 | 二维分子晶体在电子器件中的应用。
基于强的光-物资互相作用，二维分子晶体八成在光电探伤器件中展现优异的性能，缜密胪列的分子和高结晶度不错增强半导体通说念内的电荷分离和传输。对于厚度仅为几个分子层的超薄二维分子晶体，沟说念完竣在阔绰区内责任，从而裁汰了暗态电流，达到高的开关比。尽管强分子间互相作用不错进步载流子迁徙率相似源于强分子间互相作用，但其也会导致显耀的荧光淬灭。因此为了终了在高性能有机发光二极管中的应用，浩荡相干通过联想分子结构、改变分子堆积来终了对载流子迁徙率和灵验荧光的兼顾。此外，分子晶体在光波导规模展现出独到的上风，不错同期终了对称和非对称的光波导。
图6 | 二维分子晶体在光电子器件中的应用。
二维分子晶体在电子/光电子规模的改日发展是挑战与机遇并存的。领先，更多新颖的结构需要被探索和发现，普适性的联想原则需要被开荒。尽管有机半导体分子在载流子迁徙率方面获得了显耀禁锢，但开发高性能且理会的二维有机分子晶体照旧刻下的要道任务。此外，新式二维无机分子晶体有待开发，并通过调控分子间作用劲，不错揭示其独到的新秉性，如手性、各向异性和多铁性。连结表面模拟、东说念主工智能和机器学习，八成为分子联想提供更精准和高效的指挥。联想并构筑二维分子晶体异质结有望进一步实践材料库并创造多功能材料。
其次，晶圆级单晶分子晶体的通用制备阵势对于其内容应用至关蹙迫。尽管单层有机分子晶体具有高迁徙率的上风，但其超薄秉性使其容易吸附期侮物，或与空气中的氧气和水分发生反映，从而影响其理会性。颓势是裁汰性能的主要因素，因此需要通过原位不雅察和表面模拟连结结，真切相干滋长热力学和能源学，以减少颓势和陷坑。通过真切领会滋长机制、聘请最好基底并精准适度合成参数，有望终了大面积单晶二维分子晶体的高质地合成。
此外，对于二维分子晶体在受限空间中的电荷和激子性质的相干仍相对有限，量子为止效应尚未得到充分领会。开发二维有机和无机分子晶体与硅基电子学和光子学的集成时刻，将显耀增强其工业适用性。由于分子间互相作用较弱，分子晶体表现出较高的柔韧性，开发增强其理会性的计策有望鼓吹其在柔性器件中的应用。此外，分子晶体相对较低的理会性也可能使其在某些特定场景中证据独到作用。通过握续的调动和跨学科配合，二维分子晶体有望在改日的电子和光电子规模中证据蹙迫作用。
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