石墨烯是二維材料家族中***的成員:六邊形晶格中共價(jià)結(jié)合的碳原子層，其厚度被縮減為單個(gè)原子。這種獨(dú)特的納米材料非常強(qiáng)，具有*高的熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率。它在2010年因安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃謝洛夫的研究而被授予諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
還有許多其他的2D材料正在被積極地探索。這些具備石墨烯類似的結(jié)構(gòu)被稱為xene，它也是單一元素的單分子層。例如，單層的黑磷(black phosphorus)，可稱之為phosphorene，是一種很有前景的晶體管材料。其他例子還有硅烯(硅)、鍺烯(鍺)和錫(錫)，它們都表現(xiàn)出類似石墨烯的六方結(jié)構(gòu)，具有不同程度的屈曲。
六方氮化硼(h-BN)具有與石墨烯相同的整體結(jié)構(gòu)，但用硼和氮原子交替取代了碳原子。*后，另一類受歡迎的二維材料是過渡金屬二鹵屬化合物，化學(xué)式為MX2，其中M是過渡金屬，如鎢或鉬，X是硫、硒或碲等硫化物。
目前越來越多人關(guān)注石墨烯在自身或其他二維材料上的疊加。晶格的失配已經(jīng)被證明會(huì)產(chǎn)生不同的層狀堆疊的電性能。這打開了一種新思路。
用一種自下而上的策略，在特定的角度下堆疊多層二維材料，來實(shí)現(xiàn)電學(xué)屬性調(diào)整。然而，由于沉積后會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)松弛過程，因此需要控制測量來驗(yàn)證層之間的角度失配。
為什么需要原子力顯微鏡?
AFM原子力顯微鏡之所以成為研究納米材料的**工具，有兩個(gè)關(guān)鍵原因:分辨率和多種不同模式的表征模式，這些模式能夠全面表征納米材料，包括其力學(xué)和電學(xué)特性，而不僅僅局限于三維形貌。由于接近原子尺度的現(xiàn)象，超高的x、y和z分辨率是重要的。商業(yè)原子力顯微鏡的分辨率范圍從小于幾納米一直到橫向原子分辨率，垂直分辨率優(yōu)于0.1納米。。
AFM原子力顯微鏡具有現(xiàn)實(shí)意義的另一個(gè)優(yōu)勢是，它提供了一套同時(shí)觀察表面形貌的電學(xué)和力學(xué)性能的測量模式。這些模式可以用來詳細(xì)研究這些二維材料更多方面的特性，或者簡單地作為一種對(duì)比機(jī)制來評(píng)估生長石墨烯的質(zhì)量或石墨烯堆疊層之間的角度失配。這使得原子力顯微鏡成為研究二維材料不可或缺的工具。
不僅如此，AFM原子力顯微鏡**可以用于在納米尺度上操縱樣品。在
石墨烯上，它可以用來切割石墨烯薄片。切割成兩半的石墨烯薄片具有相同的晶體取向，增強(qiáng)了對(duì)堆垛過程中角度失配的控制。
除了這些成像特性，利用原子力顯微鏡的另一個(gè)動(dòng)機(jī)是它的占地面積小，它可以被放置在手套箱中，這使得樣品檢測過程中氧氣或濕度得以控制。