二维半导体材料层出不穷，其独特的电学性能有可能代替硅在电子产业大施拳脚。石墨烯、氮化硼、二硫化钼就是典型的二维半导体材料。现在这个“家族”有了新成员——有机-无机杂化钙钛矿，它是离子型而非共价型，拥有独特的性能。
伯克利国家实验室的研究人员成功利用溶液生长出二维片状有机-无机杂化钙钛矿，这种超薄片层结构稳定、面积大，且为正方形，同时具备高效的光致发光性、颜色可调以及独特的结构弛豫，后者并没有在共价键半导体片层结构中发现。
“这是首次由离子材料得到的二维薄纳米结构，”杨培东——就职于伯克利实验室材料科学部，是纳米结构领域的大牛，在20年前就有了做这个课题的想法，“我们研究的结果为二维薄片杂化钙钛矿的合成与表征的研究提供了新思路，同时也为纳米级光电设备比如场效应晶体管和光电探测器提供了新型的半导体材料。”
普通的钙钛矿是典型的金属氧化物，拥有广泛、迷人的电磁特性，包括铁电性、压电性、超导性及大的磁阻性。在过去的几年里，薄膜、块状有机-无机杂化钙钛矿可通过溶液法制备得到并应用于光伏器件中，功率转化效率为20%，然而，利用旋涂法、化学气相沉积和机械剥离法将这些杂化材料分离成单个的、独立的二维片状结构却鲜有成功。
1994年，在哈佛大学读PHD的杨培东提出了制备二维杂化钙钛矿纳米结构和调控电学性能的方法，但很遗憾没有付诸实践。去年，杨培东将这个方法提供给了他的博士后Dou，后者与Wong和Yu一起应用杨培东的方法合成了分子式为CH3NH3PbI3的一种杂化钙钛矿，杂化原子有铅、氮、碳、氢。
“我们的方法既不是机械剥落也不是化学气相沉积，因为二者一般会产生相对较厚的钙钛矿板。我们能够在平板中生长均一的、正方形的二维晶体，且产量高、实验可重复。”Dou又补充说，“通过对材料结构和成分的一系列表征，我们发现了结构弛豫现象。初步的光致发电研究表明在453nm有近带边发射，相比于块晶发生了红移，这暗示我们通过改变片层厚度和组成来合成类似的二维杂化钙钛矿来实现颜色可调。”
这种规整的二维方形晶体结构表现出了高结晶度，且尺寸较大，未来可使用于设备中。“应用我们的技术，纵向的和横向的异质结构也可以实现，”杨培东说，“这为分子原子级上设计具备特色的新材料提供了可能。”
来源:材料人网
