Двумерные материалы (2D-материалы), толщина которых составляет всего один атом, активно изучаются в последние годы. Наиболее известным и изученным представителем является графен. Но кроме него существуют и другие двумерные материалы, такие как: силицен, германен, дихалькогениды MoS2, WS2, оксид цинка ZnO. Существование некоторых материалов пока еще только предсказано, например, карбин, станен.
Свойства графена приведены в отдельной статье на нашем сайте. В этой статье приведено сравнение свойств двух 2D-материалов: графена и дисульфида молибдена MoS2.
Двумерный дисульфид молибдена, наряду с графеном, активно изучается учеными по всему миру в настоящее время. Кристаллическая решетка MoS2 имеет вид, приведенный на рис. 1. Каждый атом Mo соседствует с двумя S-атомами. Недавно было обнаружено, что этот двумерный материал обладает пьезоэлектрическим эффектом (подробности в разделе «Новости» по адресу ).
Рис. 1. Кристаллическая решетка MoS2.
В табл.1 приведено сравнение основных свойств графена и дисульфида молибдена. Теплопроводность как графена, так и MoS2 не является постоянной, а возрастает с увеличением толщины.
Таблица 1. Сравнение свойств графена и двумерного дисульфида молибдена MoS2 [1].
| Свойства |
Графен |
Одноатомный слой MоS2 |
|
Структура |
a = 2.46 А; b = 1.42 А (Ref. 2) |
a = 3.09 А; b = 2.39 A (Ref. 3) |
|
Погонная механическая прочность |
E2D = 335.0 Nm-1 (Ref. 4) |
E2D = 180 ± 60 Nm-1 (Ref. 5) |
|
Резонансная частота |
f0xQ = 6.3 x 1011 Hz (10 K, Ref. 8) |
f0xQ=2 x 109 Hz (300 K, Ref. 11) |
|
Теплопроводность |
60 Wm-1K-1 (L = 10 nm, Ref. 12) 1000 Wm-1K-1 (толстые слои, Ref. 17) |
6 Wm-1K-1 (L = 4 nm, Ref. 7) 52 Wm-1K-1 (толстые слои, Ref. 19) |
Источники:
1. Jin-Wu Jiang. Graphene Versus MoS2: a Review. 2014. – 11 p.
2. Saito, R., Dresselhaus, G. & Dresselhaus, M. S. Physical Properties of Carbon Nanotubes (Imperial College, London, 1998).
3. Jiang, J.-W., Park, H. S. & Rabczuk, T. Molecular dynamics simulations of single-layer molybdenum disulphide (mos2): Stillinger-weber parametrization, mechanical properties, and thermal conductivity. Journal of Applied Physics 114, 064307 (2013).
4. Lee, C., Wei, X., Kysar, J.W. & Hone, J. Measurement of the elastic properties and intrinsic strength of monolayer graphene. Science 321, 385 (2008).
5. Bertolazzi, S., Brivio, J. & Kis, A. Stretching and breaking of ultrathin mos2. ACS Nano 5, 9703–9709 (2011).
6. Cooper, R. C. et al. Nonlinear elastic behavior of two-dimensional molybdenum disulfide. Physical Review B 87, 035423 (2013).
7. Jiang, J.-W., Park, H. S. & Rabczuk, T. Molecular dynamics simulations of single-layer molybdenum disulphide (mos2): Stillinger-weber parametrization, mechanical properties, and thermal conductivity. Journal of Applied Physics 114, 064307 (2013).
8. van der Zande, A. M. et al. Large-scale arrays of single layer graphene resonators. Nano Letters 10, 4869–4873 (2010).
9. Chen, C. et al. Performance of monolayer grapheme nanomechanical resonators with electrical readout. Nature Nanotechnology 4, 861 (2009).
10. Eichler, A. et al. Nonlinear damping in mechanical resonators made from carbon nanotubes and graphene. Nature Nanotechnology 6, 339 (2011).
11. Castellanos-Gomez, A. et al. Single-layer mos2 mechanical resonators. Advanced Materials 25, 6719–6723 (2013).
12. Jiang, J.-W., Lan, J., Wang, J.-S. & Li, B. Isotopic effects on the thermal conductivity of graphene nanoribbons: Localization mechanism. Journal of Applied Physics 107, 054314 (2010).
13. Xu, X. et al. Length-dependent thermal conductivity in suspended single-layer graphene. Nature Communication 5, 3689 (2014).
14. Cai, W. et al. Thermal transport in suspended and supported monolayer graphene grown by chemical vapor deposition. Nano Letters 10, 1645–1651 (2010).
15. Balandin, A. A. et al. Superior thermal conductivity of single-layer graphene. Nano Letters 8, 902–907 (2008).
16. Ghosh, S. et al. Extremely high thermal conductivity of graphene: Prospects for thermal management applications in nanoelectronic circuits. Applied Physics Letters 92, 151911 (2008).
17. Ghosh, S. et al. Dimensional crossover of thermal transport in few-layer graphene. Nature Materials 9, 555–558 (2010).
18. Liu, X., Zhang, G., Pei, Q.-X. & Zhang, Y.-W. Phonon thermal conductivity of monolayer mos2 sheet and nanoribbons. Applied Physics Letters 103, 133113 (2013).
19. Sahoo, S., Gaur, A. P. S., Ahmadi, M., Guinel, M. J.-F.& Katiyar, R. S. Temperature dependent raman studies and thermal conductivity of few layer mos2. Journal of Physical Chemistry C (2013).