與材料組成和結(jié)構(gòu)一樣，尺寸(維度和尺度)同樣可以調(diào)控材料性能。例如，2010年和2023年的諾貝爾物理和化學(xué)獎(jiǎng)分別授予二維材料和膠體量子點(diǎn)方面的開創(chuàng)性工作，凸顯了材料維度和尺度的重要性。
 

　　中國(guó)科學(xué)院國(guó)家納米科學(xué)中心張勇團(tuán)隊(duì)致力于極小尺度材料的物理制備及性能研究。前期，提出了二元協(xié)同球磨方法，將球磨極限推進(jìn)至量子尺度；開發(fā)出全物理方法，實(shí)現(xiàn)了量子尺度材料的普適和規(guī)模制備。相對(duì)于狹義方法(鹽輔助球磨)，廣義方法(硅球輔助球磨)具有更多優(yōu)勢(shì)。層狀材料、非層狀材料、非平面層狀材料、非范德華層狀材料等都能夠通過(guò)廣義方法達(dá)到量子尺度。性能研究方面，研究人員揭示了材料性能(熒光、非線性光學(xué)、電催化、載流子動(dòng)力學(xué))隨材料尺寸的變化規(guī)律；實(shí)現(xiàn)了(可見光波段)最高紀(jì)錄的非線性飽和吸收性能，以及非線性飽和吸收的超高響應(yīng)與超低功率激發(fā)。
 

　　近日，該團(tuán)隊(duì)與合作者提出了三元協(xié)同球磨方法，將球磨極限推進(jìn)至亞納米尺度，實(shí)現(xiàn)了亞納米材料的普適制備。研究人員以過(guò)渡金屬二硫族化合物為研究對(duì)象，確立了三元協(xié)同球磨方法的有效性。單次循環(huán)制備產(chǎn)率分別為7.2 wt%(二硫化鉬)和4.8 wt%(二硫化鎢)。所得亞納米二硫化鉬/二硫化鎢橫向尺寸約為0.44nm和0.47nm，厚度約為0.55nm和0.61nm，從而證實(shí)了其亞納米尺度。與納米尺度和量子尺度相比，亞納米尺度能夠極大提升材料的熒光和非線性光學(xué)性能。該研究以石墨為研究對(duì)象，確立了三元協(xié)同球磨方法的普適性；同樣操作，單次循環(huán)制備產(chǎn)率為2.3 wt%，所得亞納米石墨烯橫向尺寸約為0.54nm，厚度約為0.37nm，從而證實(shí)了其亞納米尺度(破缺單胞狀態(tài))。考慮到上述制備策略的機(jī)械/力學(xué)屬性以及單層石墨烯具有已知最高斷裂強(qiáng)度，亞納米石墨烯的成功制備證明了這一策略的高度普適性。亞納米材料普適制備的實(shí)現(xiàn)，展示了自上而下物理制造的極限能力以及破缺晶格的真正潛力，為研究非平衡亞納米材料的性質(zhì)和相互作用奠定了重要基礎(chǔ)，有望促進(jìn)亞納米材料的規(guī)模制備和全面開發(fā)。
 

　　相關(guān)研究成果分別以Sub-1 nm MoS2 and WS2 with extremely enhanced performance和Tailoring graphite into subnanometer graphene為題發(fā)表在《今日納米》(Nano Today)和《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金，中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的支持。
 

亞納米二硫化鉬/二硫化鎢物理制備
 

亞納米石墨烯物理制備