随着柔性透明电子技术的兴起，二维半导体材料近年来备受关注，特别是直接带隙特性使得这些二维结构有望应用在光电子学领域。在过去十年里，研究者们已相继发展出MoS2和磷烯等典型的具有直接带隙的二维半导体材料。然而，MoS2的带隙是层数依赖性的，直接带隙仅能在单层结构中实现，而磷烯在空气环境中的化学性质不稳定。因此，近年来众多研究致力于优化这些二维结构并探索更多的二维半导体组员。二维过渡金属碳化物（MXenes）是自2011年以来新兴发展起来的一类二维材料，其丰富的化学元素组成及可调谐的表面官能团为其性质的多样化提供了广阔的空间。MXenes材料主要由选择性刻蚀三维层状MAX相材料的A层Al原子获得，其中M表示前过渡金属，A主要是来自第13-16族的元素，X是C和/或N。MXenes材料丰富的化学元素组成和可调谐的性质使其在储能、电磁干扰屏蔽、复合材料、水体净化及传感器等领域展现出良好的应用前景。一般来说，这些二维碳化物呈现本征的金属性，并且其中的诸多组员兼具导电性和亲水性。在适当表面官能团Tx调谐下，Mo2CTx和Mo2TiC2Tx等少数组员呈现类似半导体的输运性质，理论工作则表明其具有间接带隙。尽管理论工作预测了MXenes中的一些组员具有直接带隙半导体性质，但在实验合成上仍面临挑战。因此，进一步丰富MXenes材料体系，引入具有直接带隙半导体性质的组员对拓展MXenes材料化学、结构多样性并拓展其在光电子器件等领域的潜在应用具有重要意义。

宁波材料所先进能源材料工程实验室前期的理论工作表明，Sc2C是MXenes体系中唯一一个半导体特性不依赖于表面官能团的组员，此外羟基官能化的Sc2COH被预测具有直接带隙特性。但是，过渡金属Sc很难形成相应的含Al的MAX相结构。最近，瑞典林雪平大学团队通过将Sc引入三元Mo-Al-C系统，分别合成了面外有序的o-MAX和面内化学有序的i-MAX层状材料，基于选择性刻蚀法又相继获得了Mo2ScC2Tx和Mo1.33CTx MXenes，但在含氟化物的溶液中同时发生了Al和Sc原子的选择性蚀刻。以上工作表明基于传统思路，在腐蚀性含氟溶液中选择性蚀刻MAX相来合成全Sc系MXene非常困难。因此，通过结构设计获得可刻蚀的前驱体，并建立温和相容的刻蚀化学对获得全Sc系MXene非常重要。先进能源材料工程实验室利用一类新型非MAX相层状材料作为前驱体，通过刻蚀Zr3Al3C5及Hf3(AlSi)4C6中的Al(Si)-C亚层的全新路径，相继在MXenes体系中引入了Zr3C2Tx (Angewandte Chemie International Edition, 128 (16), 5092-5097)及Hf3C2Tx (ACS nano 11 (4), 3841-3850) MXenes组员。在此基础上，实验室研究人员合成了类MAX相结构的ScAl3C3前驱体，在相对温和的有机碱液TMAOH中，选择性刻蚀ScAl3C3相中的Al-C亚层获得了二维全钪系碳化物ScCxOH。通过光电子能谱、电子能量损失谱及透射电镜等表征手段证实其表面主要含-OH官能团。与瑞典林雪平大学Per Persson教授团队合作，基于价电子能量损失谱（VEELS）及阴极荧光光谱（CL）证实该新型Sc系二维碳化物具有约2.5eV的直接带隙。与日本国立材料研究所廖梅勇教授团队合作，以剥离态的几层结构ScCxOH片层制作了光探测器件，发现其在紫外可见光区域具有良好的光电响应性（0.125A/W，10V，360nm）及高量子效率（～43%），瞬态响应良好，无明显缺陷阱效应。该材料的响应率与基于石墨烯、少层MoS2及GaSe等二维材料制作的光探测器具有可比性，且接近传统的GaN薄膜光探测器件（0.148 A W-1, 51%）。具有适中带隙值的直接带隙半导体型ScCxOH材料有望在可见光探测器及光催化等领域获得应用。

该工作近期发表于ACS Nano期刊（DOI: 10.1021/acsnano.8b06279）。相关参与人员得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、中科院前沿科学重点研究计划、王宽城教育基金，普渡大学ITaP计算资源、中科院跨学科创新团队等基金的经费支持。

ScCxOH的合成示意图及

相应光探测器件的光电流-电压曲线

SAMPE 中国2019年会参展商列表

参展商详细列表——持续更新 >>

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  • 天津昂林贸烽高新材料有限公司——碳纤维超轻超薄材料引领者

  • 东华大学复材中心——复合材料一体化解决方案研发平台

  • 五三科技 创新未来

  • 好凯德，专注真空泵与真空系统制造16年

  • 天氏欧森测试设备——百年传承品质 专注静态试验技术

  • 天津市中天俊达玻璃纤维制品有限公司--享誉国际的高纯石英纤维及高性能复合材料的专业供应商

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  • 山东金宇恒利——高温烘箱、喷漆、烤漆、净化车间、机器人冷热喷涂、除尘打磨、涂装生产线、废气处理等设备

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  • 德州联合拓普复合材料科技有限公司——专注碳纤维预浸料生产12年

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  • 天域科技有限公司——一家专业的复合材料轻量化、智能化系统集成商

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  • 东丽公司——我们通过创造新的价值为社会做贡献

  • 西安神鹰复合材料有限公司——热压罐、真空固化炉研发、设计、销售一体化的专业厂家

  • 南京玻纤院——全球特种玻璃纤维及立体织物创新引领者

  • 北京众磊源科技发展有限公司——助力中国制造，为您提供复合材料绿色制造解决方案！

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  • 智能水刀,狮迈创造

  • 广东瑞洲科技有限公司——快速，智能，精准，柔性材料切割专家

  • 新纳希——脂环族环氧树脂生产商和服务商

  • 陕西天策新材料——国内首家实现中间相沥青基碳纤维连续化生产

  • 连云港神鹰复合材料科技有限公司——专业提供复合材料解决方案

  • 复合材料成型专用模温机厂家——南京欧能机械有限公司

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  • 武汉鑫友泰光电科技有限公司——专注"石英玻璃材料制造"

  • 宏程机电——专业预浸料设备制造商

  • 中复神鹰碳纤维——全球碳纤维生产及碳纤维复合材料研发一体化解决方案专家

  • 苏州华基新材料科技有限公司——提供特种新材料及先进应用技术方案

  • 中威北化科技有限公司—— 应用基础研究为先导，制备技术创新为驱动

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  • C.M.S. S.p.A.——您的可信赖的技术合作伙伴

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  • 宁波丽成——延承60年复材生产经验，We are the Composite Tailors.

  • 赫氏复材——引领航空复材趋势

  • 艾达索——打造国际一流绿色环保生态创新型非金属复合材料产业

  • 浙江中科恒泰——复材芯，中科造

  • 辽宁诺科——专注于中间相沥青基碳纤维生产与研发

  • 湖北珍正峰新材料有限公司——多官能团特种耐高温环氧树脂生产商和服务商

  • MAKA五轴加工中心——专业提供复材行业解决方案

  • 斐帛科技——开创连续纤维复合材料制造新思路

  • 南京傲马——风靡美国科研院校的制造大师 ProtoMAX

  • 山东中航泰达复合材料——以艺术品的标准去研发和制造产品

  • 赢创！ROHACELL—质轻而坚固，高端制造的首选

国际学术会议分会场列表——持续更新 >>

  • 征文通知——SAMPE 中国2019年会国际学术会议

  • 征文丨复合材料汽车轻量化技术应用（2019）

  • 征文丨高性能纤维制备技术与工程应用

  • 征文丨高性能复合材料在轨道交通领域的发展现状及未来趋势

  • 征文丨土木工程与基础设施纤维复合材料

  • 征文丨智能复合材料

  • 征文丨石墨烯及其在复合材料中的应用分会场

  • 征文丨复合材料在通航飞机领域的应用分会场

  • 征文丨结构健康监测技术与应用

SAMPE中国2019年会同期活动

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　　SAMPE中国2019年会将于5月6-8日在北京·中国国际展览中心（老馆）举办。我们热情邀请同行业企事业单位参展，共同打造中国高性能复合材料行业技术交流与产业合作的平台，服务于更高、更强的中国尖端科技制造业！