莱斯大学：氟原子掺杂使二维材料从半导体转变为金属

通过阻碍，氟原子有助于二维材料从半导体转变为金属，这种方式对电子和其他应用非常有用。

由Rice材料科学家Pulickel Ajayan和主要作者Sruthi Radhakrishnan领导的一项研究详细介绍了一种将二硫化钨从半导体转变为金属态的新方法。

莱斯大学的研究人员称，氟化二维二硫化钨为合成半导体增加了金属“岛”，同时这种半导体还具有独特的光学和磁学特性

其他实验室通过在材料中添加“兴奋剂”元素实现了非常稳定的转变。莱斯的测试和计算显示，新状态下的氟化二硫化钨具有独特的光学和磁学特性。

研究人员还注意到转变对材料摩擦学性能（摩擦、润滑和磨损）的影响。简而言之，添加氟会使材料在室温下更加光滑。

实验室的工作在Advanced Materials（“深入了解WS2的氟化相变”）中有详细介绍。

二硫化钨是过渡金属二硫化物（TMD），一种原子厚度的半导体。与石墨烯（碳原子的平面晶格）不同，TMD包含两种元素，一种是过渡金属原子（在这种情况下是钨），另一种是（硫）一种硫属元素，过渡金属层夹在硫属元素之间，形成三层晶格。

据莱斯大学的研究人员称，氟化二维二硫化钨为合成半导体增加了金属岛，同时这种半导体还具有独特的光学和磁学特性

TMD是二维材料用于储能、电催化和润滑的潜在构建模块，所有这些都受到稳定相变的影响。

钨和硫层之间的厚度为0.6，而氟原子厚度比其小得多，研究人员表示，氟原子侵入两者原子层之间，破坏了材料的有序晶格。氟允许硫平面以这种方式滑动，由此产生的氟和硫之间的电子交换也解释了其独特的性质。

“这当然是一个很大的惊喜。当我们开始这项工作时，相变是我们期望看到的最后一件事。”Radhakrishnan说，他是Ajayan实验室的前研究生，现在是位于俄勒冈州希尔斯伯勒的英特尔公司的模块工程师。

“真正令人惊讶的是，氟化二硫化钨的摩擦特性与以前研究过的氟化石墨烯完全不同，”共同作者，多伦多大学机械工程副教授Tobin Filleter说。“这是研究类似2D材料以探索这种有趣行为的动机。”

研究人员表示，氟似乎不仅会降低带隙并使材料更具导电性，还会导致缺陷，沿着材料表面形成金属“岛”，同时也显示出顺磁性和铁磁性。“这些金属二硫化钨区域是磁性的，它们相互干扰，产生有趣的磁性，”Radhakrishnan说。

此外，因为氟原子是电负性的，所以它们也被怀疑改变了相邻原子的电子密度。这改变了材料的光学特性，使其成为传感和催化应用的候选材料。Radhakrishnan建议这些材料在其金属相中也可用作超级电容器和其他能量存储应用的电极。

Radhakrishnan说，不同浓度的氟会改变金属相变化的比例，但实验室研究的三种浓度变化都保持稳定。

“相变，通过氟的功能化及其磁性和摩擦学变化的性质变化是非常令人兴奋的，”Ajayan说。“这可以扩展到其他2D分层材料，我相信它会为二维材料的应用打开一扇大门。”

原文题目：Fluorine flows in, makes 2D material metal，原文来自：nanowerk，由材料科技在线团队编译。