مواد دوبعدی؛ معرفی، انواع، ویژگی‌ها و کاربردها

مواد دوبعدی، گروهی از مواد هستند که تنها یک بعد آن‎ها در مقیاس نانوست. هرچقدر تعداد اتم‌‎های سطحی در مواد دوبعدی بیشتر باشد، واکنش‎‌پذیری فیزیکی و شیمیایی در آن‎ها، در مقایسه با حالت توده‌ای (bulk)، افزایش می‌یابد. ویژگی‌های مواد دوبعدی، نظیر نسبت سطح به حجم بالا، ریخت‌شناسی صفحه‌ای و ویژگی‌های مکانیکی، نوری، الکتریکی و مغناطیسی قابل‌تنظیم آن‌ها، باعث شده است انتخاب موثری در کاربردهایی مانند الکترواپتیک، قطعات الکترونیکی، انرژی، محیط‌‌ ­زیست، زیست‌پزشکی و دارو‌رسانی باشند. مواد دوبعدی به ده دسته کلی تقسیم می‎‌شوند که عبارت‌اند از مواد دوبعدی پایه کربنی (شامل گرافن، اکسید گرافن، اکسید گرافن احیاشده، گرافِین، فلوئوروگرافن، گرافاین، گرافیدین و گرافون)، نیترید بور هگزاگونال، کربونیترید گرافیتی، مواد دوبعدی عنصری (عناصر گروه 14‌ و 15)، دی‌کالکوژنیدهای فلزات واسطه، اکسید فلزات واسطه، مکسن‎، مواد پروسکایت دوبعدی، فلزات دوبعدی و رس‎‌های دوبعدی (مشتمل بر رس‎های سیلیکاتی و هیدروکسیدهای دولایه‌‎ای). در این مقاله، پس از تقسیم‌بندی این مواد، هریک از آن‌ها معرفی و برخی ویژگی‌ها و کاربردهای آن‎ها بررسی‌ شده ‌است. اگرچه تاکنون بیشتر درباره گرافن مطالعه شده است تا سایر مواد دوبعدی، انتظار می‎‌رود این مواد نیز، از نظر ویژگی‌ها و کاربرد، دارای ظرفیتی مشابه گرافن باشند و در آینده، پژوهش‎‌های بیشتری دربارۀ آن‎ها انجام و به تعداد این مواد اضافه شود.

2D Materials; Introduction, Classifications, Properties, and Applications

2D materials are a class of materials with only one dimension in nanoscale. Due to the increase in the number of surface atoms in two-dimensional materials, the physical and chemical reactivity compared to the bulk counterpart significantly increased. 2D materials characteristics such as high anisotropy, high surface area, unique morphology, and tunable mechanical, optical, electrical, and magnetic functionalities come out to be a fascinating candidate for application in electro-optical and electronic devices, energy and environmental fields, as well as biomedical and drug delivery in medicine. 2D materials are divided into ten major groups, including carbon-based 2D materials (includes graphene, graphene oxide, reduced graphene oxide, graphane, fluorographene, graphyne, graphdiyne, graphone), hexagonal boron nitride (hBN), graphitic C3N4, elemental 2D materials (elements groups 14 and 15), transition metal dichalcogenides (TMDs), transition metal oxides (TMOs), MXenes, 2D perovskite materials, 2D metal materials, and 2D clay materials (silicate clays and layered double hydroxides (LDHs)). In this paper, after the classification of these materials, the introduction, application, and related properties are investigated. So far, more studies have been done on graphene than other 2D materials. These materials are expected to have a similar capacity to graphene in terms of properties and applications, while ongoing research will increase the diversities of this category and depth of knowledge on these groups of materials.