大连理工大学研究生，大连理工大学研究生院
成果简介
在寻求高机械强度和灵活性的过程中，超高的半导体速度对下一代微电子和可穿戴电子技术至关重要。本文，大连理工大学高峻峰教授团队等《Nanoscale》期刊发表名为“Porous carbon-based metal-free monolayers towards highly stable and flexible wearable thermoelectrics and microelectronics”的论文，研究提出了两个二维石墨烯样大环复合碳基单层，即g-MC-A和g-MC-B。根据声子弥散和从头分子动力学模拟，这两种单层都是动态稳定的。这两个单层的屈服应力达到了石墨烯的一半，显示出明显的高机械强度。
此外，这两个单层都是半导体。g-MC-A的电子迁移率很高：高达104 cm2 V-1 s-1，可与黑磷烯相媲美。此外，这两个单层表现出优良的内在导电性，具有各向异性的特点。有趣的是，在这两层的导带边缘附近观察到一个额外的谷底，进一步模拟预测这两个无金属单层将表现出ZT>1，意味着高热电性能。因此，这两个基于C的无金属层在机械增强、微电子、可穿戴电子和热电设备方面具有很好的应用前景。
图文导读
图1 、（a）g-MC-A和g-MC-B单层的顶视图和侧视图。（b） g-MC-A和g-MC-B的声子带结构。
图2. （a） g-MC-A 和 （b） g-MC-B 的应变-应力曲线，x 和 y 的方向标记在图1.
图3 、（a）g-MC-A和（b）g-MC-B的能带结构和PDOS，费米能级移位至零。（c） 空穴和电子在g-MC-A和g-MC-B中沿x和y方向的载流子迁移率。
图4. （a） 带边示意图。ZT 值为 （b） g-MC-A 和 （c） g-MC-B，温度范围为 300 K 至 800 K。
小结
总之，我们提出了两个稳定的2D单层，即g-MC-A和g-MC-B。计算结果表明，通过施加拉伸单轴应变，两个单层的杨氏模量和极限强度是各向异性的。不同方向上两种结构的杨氏模量约为460 GPa，约为石墨烯的一半。g-MC-A和g-MC-B都是间接窄带隙半导体，带隙分别为0.17 eV和0.25 eV。两种结构的载流子迁移率超高，在两个方向上具有显著的各向异性和不对称性。本文提出的C基无金属层在可穿戴热电和微电子应用中具有极好的前景。
文献：
- https://doi.org/10.1039/D2NR05443D
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