通过中间辅助研磨工业规模生产层状材料

 
宏观压缩力Fc和Fc’分解成更小的微观力fi和fi?的示意图。通过力中间体将其加载到层材料上。 (b)层材料的剥离机理。 fi和fi?转移到滑动摩擦力ffi和ffi?由于底部容器的旋转，在中间层和层状材料的相对滑动下产生的压力。 (c)2D薄片的原子力显微镜图像。 (d)水溶液中2D MoS2薄片底部的几个照片。图片来源：©Science China Press大量的2-D材料，包括石墨烯，六方氮化硼(h-BN)，MoS2和WSe2等过渡金属二硫化碳(TMDC)，金属氧化物(MxOy)，黑色磷(bP)，等等，提供广泛的性能和众多的潜在应用，但是为了充分实现其商业用途，先决条件是大规模生产。
自下而上的策略，如化学气相沉积(CVD)和化学合成已被广泛研究，但到目前为止，仅生产了少量的二维材料。获得二维材料的另一个重要策略是从上至下的路径，是将散装层材料剥落为单层或几层的二维材料，例如球磨，液相剥落等。最有可能扩大规模;但是，它们仅适用于特定材料。到目前为止，只能以吨级制备石墨烯和氧化石墨烯，而对于其他二维材料，由于产率低，它们仍处于实验室状态。因此，有必要开发一种高效，低成本的二维材料制备方法，以从实验室发展到日常生活。
固体润滑剂的失效是由散装材料层之间的打滑引起的，打滑的结果是散装材料将剥落成更少的层。基于这种认识，在北京《国家科学评论》上发表的一篇新研究文章中，清华大学的程慧明教授和刘碧露教授领导的低尺寸材料和器件实验室提出了一种去角质技术，名为中级辅助研磨去角质(iMAGE)。剥离技术的关键是使用中间材料，该材料可增加混合物的摩擦系数，并有效地将滑动摩擦力施加到层材料上，从而显着提高剥离效率。
考虑到2-D h-BN的情况，生产率和能耗分别可以达到0.3 g h-1和3.01×106 J g-1，这两者都比以前的结果好一到两个数量级。所得的剥落的2-D h-BN薄片具有4nm的平均厚度和1.2μm的平均横向尺寸。此外，此iMAGE方法已扩展为剥落一系列具有不同特性的层材料，包括石墨，Bi2Te3，bP，MoS2，TiOx，h-BN和云母，覆盖二维金属，带隙不同的半导体和绝缘体。
值得一提的是，在与洛阳神宇钼业有限公司的合作下，钼精矿是一种天然存在的廉价且富含地球的矿物，被用作工业化生产二维MoS2薄片的演示片。
“这是首次生产除石墨烯以外的二维材料，产率超过50%，生产率超过0.1g h-1。具有二维h-BN的年生产能力我们的iMAGE技术预计将超过10吨。”这项研究的主要作者之一Bilu Liu教授说：“我们的iMAGE技术克服了二维材料的主要挑战，即它们的批量生产，并有望加速其在多种应用中的商业化。电子，能源等。”