将不同材料集成到异质结构heterostructures中，已成为设计界面和电子结构的有力工具。二维2D材料的出现，为新型异质结构提供了前所未有的机遇，如范德瓦尔斯堆叠 van der Waals stacks、横向缝合laterally stitched二维2D层，以及更复杂的层状和三维3D结构。

近日，西班牙马德里先进材料研究所Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC) Andres Castellanos-Gomez，Peter Sutter等，在Nature Reviews Methods Primers上发表综述文章，概述了生产这种范德瓦尔斯异质结构的新方法，重点介绍了两种根本不同的策略，即自上而下的确定性组装和自下而上的合成。同时，还讨论了这两种方法的成功技术、优点和局限性。

　　与制造本身同样重要的是，对所产生的工程材料的表征，其中强调了涵盖结构、组成和新兴功能的一系列分析技术。人工范德瓦尔斯结构性质的例子包括光电子学和等离子体激元、扭曲学，及其从2D到3D晶体组分的范德瓦尔斯组装的推广所产生的独特功能。讨论了在增强的均匀性、界面纯度、特征控制和终数量级增加范德华异质结构的复杂性方面，可重复性、局限性和未来突破的机会等当前问题。

Van der Waals heterostructures.范德瓦尔斯异质结构

图1：三维3D晶体的外延异质结构和范德瓦尔斯van der Waals异质结构。

图2：金膜辅助剥离的工作原理和剥离2D晶体的实例。

图3：范德瓦尔斯堆栈组装过程的主要步骤。

图4：生产多结异质结构和超晶格的化学气相沉积chemical vapour deposition，CVD方法。

图5：控制层间扭曲的自下而上合成方法。

图6：范德瓦尔斯异质结构的表征。

图7：基于石墨烯范德华异质结构的等离子体激元响应。

层状块状晶体的剥离exfoliation from layered bulk crystals，作为自上向下制备二维晶体和异质结构的重要组成部分，将继续得到进一步的发展和提高，这有利于基础研究和应用。未来发展方向包括，获得更高质量的更大晶体方法，利用对界面相互作用的改进控制（如金辅助剥离所证明的），并需要在大（晶片）规模上，产生高质量源块状晶体的晶体生长工艺。　　范德瓦尔斯异质结构的确定性组装结构，在力学堆放晶面方面，存在两大主要挑战。

　　第一个也可能是紧迫的挑战问题是，在材料堆叠层之间减少残留量：这样的残留物，倾向于形成气泡和波纹，限制了可以制造器件的有效清洁表面区域。事实上，已经有在高真空下制造异质结构的实验证明，但是这些系统的实施，仍然不广泛，并且转移方法，需要在异质结构组装的一些步骤期间，将二维2D材料暴露于空气。开发更清洁的转移方法，或在受控超高真空环境中实施这些技术，将是近期的研究方向之一。　　第二个公开的挑战没有明显的单一解决方案，即避免高度依赖于实验员技能的手动转移过程中，从而形成固有的样本间差异。这种可变性，不仅妨碍了对不同实验室制作的样品进行比较，甚至还妨碍了来自同一实验室、由不同研究人员或在不同时间制作的样品进行比较。

　　机器人样本制备方法的发展，涉及计算机视觉和机器学习算法自主识别、提取和转移材料，因此，有必要立即实施，特别是针对复杂异质结构结构的研究。随着这些未来的发展，范德瓦尔斯异质结构，可以在不同材料的无损伤集成中，提供巨大的灵活性，超越传统化学集成的限制，从而定义了一个通用的材料平台，用于探索可调异质结构界面上的电子和自旋相互作用。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s43586-022-00139-1

DOI: https://doi.org/10.1038/s43586-022-00139-1

信息来源：公众号【今日新材料】

氧化石墨烯：

氧化石墨烯(graphene oxide )是石墨烯的氧化物，一般用GO表示，其颜色为棕黄色，市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。

氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米。因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质，因为其在水中具有优越的分散性，但是，相关实验结果显示，氧化石墨烯实际上具有两亲性，从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因此，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量。其亲水性被广泛认知。

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