映射晶体形状可以快速追踪二维材料

莱斯大学和宾夕法尼亚大学的材料科学家呼吁全球共同努力，加快石墨烯和二硫化钼等二维材料的大规模生产。在《今日材料》在线发表的一篇前瞻性文章中，期刊主编 Jun Lou 及其同事提出了一个有针对性的集体努力，以应对可能为二维材料的大规模批量生产扫清道路的研究挑战.

Lou 和其他 Rice 材料科学家 Ming Tang、Jing Zhang 和 Fan Wang 与 Penn 的 Vivek Shenoy 一起描述了 2-D 材料技术的潜在转变，这种转变可能来自于系统性的、社区范围内的努力来绘制 2-D 晶体的形状图。通过称为化学气相沉积(CVD)的工艺在全球实验室中生长。

“就像自然界中的雪花一样，二维晶体在不同的生长条件下表现出丰富多样的形态，”他们写道。

绘制这些独特的晶体模式并在全球数据库中编译这些地图，以及创建每个模式的配方，可以解锁大量信息“用于理解、诊断和控制二维材料生长的 CVD 过程和环境，”研究人员写道。

CVD 是一种常用的制造薄膜的工艺，包括半导体行业中具有重要商业价值的材料。在典型的 CVD 反应中，将称为基板的平板材料放置在反应室中，并且气体以这样一种方式流过反应室，以便它们发生反应并在基板顶部形成固体膜。

该领域的一个目标是开发可以准确预测薄膜特性的计算机软件，这种特性是在特定条件下混合特定反应气体所产生的。由于对 CVD 期间发生的物理和化学过程的不完整理解以及数十种 CVD 反应器格式的存在，创建此类模型变得复杂。

Lou 及其同事建议，对CVD 实验产生的晶体形状进行编目可以为材料科学家提供有关其合成的重要信息，这与矿物学家根据对自然发生的晶体结构的检查检索有关地球历史的宝贵线索非常相似。

“以美丽的雪花为例，”作者写道。“对许多人来说，一个可能令人惊讶的事实是，雪晶可以表现出许多不同类别的形状，这取决于它们形成的大气的温度和水的过饱和度。”

科学家中谷宇吉郎通过在自然界和实验室中对雪花的广泛观察，开发了一种称为中谷图的图形，以帮助破译雪花中的信息。通过检查雪花的形状，并查看这些形状在 Nakaya 的图表上的位置，科学家们可以确定产生雪花的确切大气条件，Nakaya 诗意地将其称为“来自天空的一封信”。

受 Nakaya 工作的启发，Lou 及其同事创建了一个类似 Nakaya 的二维晶体图案图，该图是通过 CVD 产生的，并展示了如何使用它和其他形态图来推断有关工艺变量(如气体流速和加热温度)的线索产生了每个模式。

由于实时成像和可以产生大量晶体结构数据集的自动化系统的进步，作者说“形态图开发有真正的潜力成为一种普遍的做法并作为晶体生长的基石。”

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