2010年诺贝尔物理学奖获得者Kostya S. Novoselov教授继2021年第1期在Nano Materials Science（简称NMS）合作发文后，近日再次在NMS发表综述论文《Recent advances in graphene and other 2D
materials》，详细总结石墨烯及其他各类二维材料的最新研究进展。
石墨烯
是指以正六边形排列的碳原子单层。石墨烯于2004年首次被发现，它的分离和随后的研究表明，取得原子级厚度的晶体片（也即二维材料，2D材料）是可行的。在目前发现的5600中层状化合物中，大约有188多种很容易或很可能被剥离。二维材料的大家族因此涵盖了极其广泛的特性，他们甚至可以进一步组合，将不同的二维晶体堆叠在一起，可以形成范德华异质结，或具有不同取向的晶体，从而产生新的物理效应，制造具备新功能的器件。
研究发现，使用六方氮化硼（hBN）作为石墨烯和其他二维材料的衬底显著提高了具衬底石墨烯器件的质量，使得堆叠不同的原子级薄层晶体来创造新的异质结材料。研究表明，封装在六方氮化硼中的石墨烯样品中，电子可以表现得像高粘性流体，并表现出类似于经典液体的流体动力学行为；而石墨烯电子样品电阻在低温下表现出类似绝缘体特性。
石墨烯层和六方氮化硼层互相堆叠形成超晶格后产生的一系列特殊效应，包括产生周期性莫尔云纹（morié patten），在两者封装后的器件中，还出现远高于室温的传输特性中观察量子磁振荡——Brown-Zak振荡。最近，在高磁场下基于石墨烯的超晶格中提出了一种名为Brown-Zak费米子的新准粒子家族。处于特定磁场值下的Brown-Zak费米子不同于石墨烯中的普通电子，不会受到磁场的影响。
最近的一项发现，两层石墨烯堆叠在一起时，小扭曲角接近理论预测的“魔角”值约1.05时，通过栅极电压的微小变化改变扭曲双层石墨烯(TBG)的静电掺杂，改变电荷载流子密度，实现了非常规超导。
石墨烯及氧化石墨烯（GO）膜被认为对除氢气之外的所有气体和液体都是不可渗透的，该原理以被用于催化区氢气分子的脱除。
石墨烯和其他单层二维材料（如六方氮化硼和云母）在热激活作用下穿透电子云，可用于筛选氢同位素或提高燃料电池的性能。
TMD家族
为MX2类型的过渡金属二硫属化物，其中M代表过渡金属原子（Mo、W等），X是硫属元素原子（S、Se或Te）。其表现出多种化学性质，并具有从金属性到绝缘的可调电特性，具体取决于它们的成分、晶体对称性和层数。已有很多光电子学、纳米光子学、催化、能量存储或纳米传感器等的研究。
电学性质：多层TMDs在通常条件下是半导体。MoS2粉体呈现出约1.2 eV 的间接能隙。随着厚度的减小，间接能隙逐渐转变为约1.8 eV，在单层中表现出从间接间隙到直接间隙的交叉。使用不同方法制造的单层MoS2晶体管在室温下显示出高迁移率和高开关比。此外，由于在硅基器件中制造超窄通道会随着短沟道效应的出现而成为问题，二维半导体材料已被证明可以克服这个问题：由于它们天然超薄、原子级平坦且没有表面悬空键，所有的电子被限制在原子级薄通道中，因此几乎消除了泄露电流。在单层极限下，MoS2和其他一些TMD具有直接带隙，使它们成为有前途的光电子材料和纳米光子学材料。
光学性质：已经观察到可以在此类材料，例如WSe2中形成可调单光子发射器，并且最近已有研究表明可以通过调控离子轰击，在单层MoS2中产生缺陷，从而制备选择性单光子发射器。此外，在TMD中还观察到其他激子准粒子的存在，如Trion和双激子。
机械性能：MoS2可高达11%的应变加上可调的带隙，使其成为柔性器件和应变工程应用的非常合适的材料。它已经开始用于制造光电器件，例如宽带柔性光电探测器或光调制器等。
压电性：如果层数是奇数，MoS2呈现破坏的反转对称性，其结构变得非中心对称，因此产生压电性，将机械应变转换为电荷，开辟了基于此的MoS2自供电设备前景。在发电方面，单层MoS2的纳米孔可以用作渗透发电机，当存在足以为单层MoS2晶体管提供自供电的盐梯度时会产生电流。
六方氮化硼
一种宽禁带（~6 eV）层状材料，其晶格常数与石墨相似，原子级平坦的表面没有悬空键。
电学与力学性能：六方氮化硼在空气中可在700℃高温下仍保持未氧化的状态，同时它还是最强的电绝缘材料之一，其杨氏模量与石墨烯相当，并且还具有高断裂强度。
光学性能：它在中红外范围是一种天然的双曲材料，几乎没有替代品。由于其在紫外区的直接带隙，它也是一种很有前途的紫外发射材料。二维六方氮化硼也被证明在室温下具有明亮、极化度好和稳定的单光子发射性能。
压电特性：六方氮化硼层数为奇数时，其反转对称性被破坏，因此预计会产生压电特性。六方氮化硼还具有铁电性，硼和氮原子在相邻层的面外方向排列，称为AA’ 堆叠。通过以小扭转角堆叠两个六方氮化硼晶体，晶体界面处的原子可以产生AB（Bernal）堆叠，即可观察到室温下的高表面电势。
其他二维材料
另外一个二维材料分值为MXene，通式为Mn+1XnTx，其中M是前周期过渡金属，如Ti、Mo、Nb、V、Cr、Zr、Ta等，X是碳和/或氮，n =1~4，Tx代表表面官能团。Mxene有许多可能的成分和可调特性，使其可能被应用与包括储能、光电子或催化等诸多领域。
光电和电子特性：如硒化铟（InSe），它有高载流子迁移率、厚度相关带隙和异常光学响应。此外还有三氧化钼（α-MoO3），一种天然双轴双曲晶体，它存在受限的各向异性和超低损耗极化子。还有二维层状混合卤化铅钙钛矿半导体等。
磁性或超导性：单层二维材料（如NiPS3、FePS3和CrSiTe3）中在实验中被间接证明磁性有序。对其他二维化合物在室温下的磁力学研究都已展开，如Cr2Ge2Te6等。本征超导二维材料，如NbSe2等被认为可以帮助探索新量子物理和应用于高温超导。
近些年还发现了诸多各具特色的二维材料。包括使用常规方法（机械剥离、化学气相沉积或分子外延生长法）获得的其他单元素二维材料，例如硼烯、硅烯、锗烯、锡烯、铅烯和VA族二维半导体等。还有具备有趣的结构和特殊的电子特性磷烯、锑烯和铋烯。特别是磷烯（一种单层黑磷），由于其直接带隙、高载流子迁移率和光电特性等，最近成为许多研究的主题。计算材料学的发展为预测二维材料的性质提供了可能，也会带来更多发现。
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2020年9月，重庆大学航空航天学院黄培博士、付绍云教授等联合曼彻斯特大学诺奖获得者Kostya S. Novoselov教授以“Graphene Film for Thermal Management: A Review”为题在NMS发表论文，综述了基于氧化石墨烯制备柔性石墨烯导热薄膜的最新进展，该综述主要围绕石墨烯薄膜的制备、性能以及应用和展望展开。（点击阅读详细解读）
参考文献
Pei Huang, Yao Li, Gang Yang, Zheng-Xin Li, Yuan-Qing Li, Ning Hu, Shao-Yun Fu, Kostya S. Novoselov, Graphene film for thermal management: A review, Nano Materials Science, 2020.
DOI：10.1016/j.nanoms.2020.09.001
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589965120300520
Nano Materials Science
NMS于2019年3月正式创刊（季刊），由重庆大学主办，科爱公司出版，爱思唯尔ScienceDirect数据库全文OA开放获取，香港城市大学吕坚院士任主编，21个国家118位专家任编委。重点关注纳米结构材料和纳米功能材料的制备与加工、材料基因表征、材料性能评价及应用，以及纳米器件的设计、制备、评价及应用等方面最新研究成果。
截至2021年4月，NMS已出版9期，报道了大量原创性研究成果，包括诺贝尔物理学奖得主Konstantin Novoselov院士、吕坚院士、Ruslan Z Valiev院士、卢柯院士、成会明院士、Oliver G. Schmidt院士，孙陆逸教授（美国康涅狄格大学）、吕力教授（新加坡国立大学）、Zhao Huijun（澳大利亚格里菲斯大学）、Madhavi Srinivasan教授（新加坡南洋理工大学）、Andres Castellanos-Gomez（西班牙马德里材料科学研究所）、郭少军研究员（北京大学）、张强教授（清华大学）、彭章泉研究员（中科院应化所）、刘天西教授（东华大学），以及重庆大学胡宁教授、付绍云教授、黄晓旭教授、魏子栋教授、张育新教授等团队成果。
NMS总下载31万余次（至2021-04），被85个国家、418种SCIE期刊引用报道，篇均被引11.4次，2021年即时影响因子4.677（至2021-06-16）。
NMS已入选Scopus、CAS 、DOAJ、INSPE数据库，也是CSCD核心刊源。获得重庆市出版专项资金资助，获评为中国高校优秀科技期刊、重庆市高校学术名刊、科爱出版公司新刊奖等。
期刊网址
https://www.sciencedirect.com/journal/nano-materials-science
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