范德瓦尔斯异质结构的制备与应用

具有各种独特特性的二维层状材料 (2DLM) 的爆炸式增长为范德瓦尔斯异质结构 (vdWH) 提供了基本构建模块。与 2DLM 的各种堆叠排列集成的 vdWH 在电子、光电子、热电、传感以及能量转换和存储等不同领域展现出许多有前途的功能。此外，vdWHs 中伴随的新颖物理现象使 vdWHs 成为探索凝聚态物理的完美平台，尤其是在低维领域。

为了满足不同领域的需求，在过去十年中开发了许多制造 vdWH 的策略。通过不同的制造策略获得的 vdWHs 在关键特性上有所不同，例如层数、清洁度、缺陷密度和界面均匀性，这些决定了它们的应用性能。

由香港城市大学的研究人员领导的团队发表在《国际极端制造杂志》上，总结了 vdWHs 制造和应用的当前发展状况，以促进更合理的 vdWHs 设计，以更深入地探索低-次元世界。

该团队介绍了制造vdWHs的主要策略的机制和过程，并比较了通过不同方法制备的vdWHs的关键特性。然后，展示了vdWHs在电子、光电子以及能量转换和存储方面的潜在应用。还说明了基于共振发射的莫尔超晶格作为新兴物理现象的代表。最后，概述了 vdWH 的制造和应用面临的挑战和潜在机遇。

课题组组长何启元说：“毫不夸张地说，二维材料的出现为我们进一步探索世界提供了新的途径。随着对二维材料的探索，研究人员已经开始致力于调制和优化二维材料的特性和性能，以满足不同实际应用的需求。将各种二维材料集成到 vdWH 中是最有前途的策略之一。”

“VdWHs 不仅大大丰富了二维材料库，而且伴随着许多新颖独特的物理现象和特性，如莫尔图案、协同效应、分形量子霍尔效应和共振隧道现象，使 vdWHs 成为研究的绝佳平台此外，vdWHs 的设计思想实际上不局限于二维材料，它在 0D、1D、2D 和 3D 等不同维度的材料搭配方面也显示出巨大的潜力。这为构建全面、连贯的全维物理模型。”

因此，迫切需要为 vdWH 开发通用且可控的制造方法。这篇综述讨论了 vdWHs 制造的最新技术，主要策略分为四类：物理组合、气相沉积、溶剂热合成和同步演化。

共同第一作者 齐俊磊同学说：“通过各种制备方法获得的vdWHs在其特性和性能上各有优缺点，因此在不同的应用领域选择合适的合成方法尤为重要。”

本综述阐述了电子、光电探测器和能源相关应用中基于 vdWH 的集成设计。此外，还讨论了以莫尔超晶格为代表的新型物理现象的基础研究。结合应用实例可以证明，不同合成方法得到的vdWHs适合的应用是有很大差异的。例如，相对可控的机械组件非常适合研究需要高质量接口的物理现象。同时，产率高、活性位点多的溶剂热法更适合催化、储能等应用。

何博士说：“过去十年vdWHs的制备和应用取得了显着进展，但我们对vdWHs的挖掘仍然是冰山一角。一方面，可扩展和可控的通用合成方法设计制备vdWHs尚未实现，高质量与高产的矛盾仍未解决”。

“虽然挑战无处不在，但基于vdWHs的器件性能已经超越了很多传统材料。它们可以用来揭示和研究传统方法无法实现的物理现象。不可否认，vdWHs已经成为不可忽视的力量。多学科研究和多领域应用。”

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