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前言

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若非權威學術期刊正式披露，公眾或許難以察覺這一發(fā)現背后的深遠意義。

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一種我們日常生活中隨處可見、甚至視為平凡無奇的金屬材料，被中國科學家操控到了怎樣的極限？

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其厚度壓縮至人類發(fā)絲直徑的二十萬分之一，真正達到了僅存單層原子的維度。

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更令人震驚的是，在全球材料科學領域，這種金屬曾長期被認為“無法制備為二維形態(tài)”。并非未曾嘗試，而是歷經數十年，多國研究機構反復實驗后形成的普遍共識。

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然而，正是中國的科研團隊將這個被學界定性的“不可能”牢牢固定在實驗臺面上，成功實現了從理論禁區(qū)到現實成果的跨越！

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中國為什么執(zhí)意闖入這條無人走通的技術窄道？

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要理解這項突破的本質價值，必須回溯一個關鍵背景。

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在過去二十年間，二維材料的研究幾乎完全由石墨烯主導。

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原因顯而易見：石墨烯天然具備層狀晶體結構，層間作用力微弱，通過簡單的機械剝離即可獲得單層。

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因此，整個學術界逐漸形成一條清晰路徑——只有具有層狀排列特征的材料，才有可能實現二維化。

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但現實是，地球上絕大多數金屬并不具備這樣的結構特性。

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像鉍、錫、鉛等典型金屬，其原子在三維空間中高度致密堆積，金屬鍵強度極高。

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試圖將其拆解為獨立原子層，難度不亞于徒手將一塊厚重鋼板撕成透明薄膜。

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這并非修辭夸張，而是長期以來材料學界的共同認知。

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正因如此，針對非層狀金屬實現二維化的研究方向，在國際范圍內早已被邊緣化。論文難發(fā)表，實驗難復現，投入大量資源卻收獲寥寥。

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那為何中國團隊仍選擇迎難而上？

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背后的驅動力極為實際。

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隨著芯片工藝逼近物理極限，柔性電子器件快速發(fā)展，新能源與量子科技對高性能新材料的需求日益迫切。

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業(yè)內普遍意識到，如果二維材料的應用始終局限于石墨烯及其衍生物的小圈子，遲早會遭遇發(fā)展瓶頸。

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要想實現真正的技術躍遷，就必須打破“非層狀=不可二維化”的思維枷鎖。

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中科院物理所張廣宇領銜的團隊，正是瞄準了這一最艱難、也最容易被質疑的方向。

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他們并非無視風險，而是清醒地判斷出：一旦突破成功，其所帶來的科學價值與產業(yè)潛力，遠超常規(guī)研究成果。

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最終的結果證明，他們的戰(zhàn)略抉擇完全正確。

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原子級金屬薄膜是如何被“攤平”出來的？

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大多數人的第一反應是好奇：如此堅硬的金屬，究竟是如何被加工成單原子層的？

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答案的關鍵在于一個字——巧。

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傳統(tǒng)方法試圖從固態(tài)金屬出發(fā)，強行分離出原子層。但由于原子結合緊密，此路幾乎走不通。

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中國科學家另辟蹊徑，轉而聚焦金屬最“松動”的狀態(tài)——液態(tài)臨界點。

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當金屬被加熱至接近熔融時，原子排列趨于紊亂，內部束縛顯著降低。此時引入一種表面極致平整、結構高度穩(wěn)定的二維材料作為“壓?！保置姹愦蟛幌嗤?。

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二硫化鉬在此過程中發(fā)揮了核心作用。

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它擁有原子級別的光滑表面，并能與金屬原子產生穩(wěn)定的范德華相互作用。不是依靠暴力碾壓，而是利用分子層面的吸附與擠壓效應，逐步將金屬原子“鋪展”成極薄層。

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這一創(chuàng)新工藝后來被命名為“范德華擠壓法”。

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最終獲得的金屬膜厚僅為0.6至0.9納米，已進入真正的單原子層范疇。

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尤為關鍵的是，這種薄膜并非僅供展示的一次性樣品。

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研究人員對其進行了封裝處理，在開放空氣中存放整整一年后，其晶體結構與電學性能均保持穩(wěn)定，未出現明顯退化。

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這一點直擊二維材料應用中的核心痛點：許多超薄材料雖在實驗室表現優(yōu)異，但暴露于外界環(huán)境后迅速失效。能否穩(wěn)定存在，決定了其是否具備實用前景。

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從這個角度看，此次突破不僅是“首次實現”，更是首次讓非層狀二維金屬具備走向工程化應用的真實可能。

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“紙片金屬”

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不少人會提出一個樸素的問題：這樣極端輕薄的金屬，離普通人的生活究竟有多遠？

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答案是：比大多數人想象得更近。

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先看集成電路領域。當前3納米節(jié)點已逼近硅基材料的物理邊界，繼續(xù)縮小尺寸將導致功耗激增、漏電流加劇和散熱困難等問題。

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二維金屬憑借極致薄度與卓越導電能力，有望作為新型互連材料或晶體管組件，助力芯片向亞納米尺度持續(xù)演進。

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再看柔性電子技術。

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折疊屏手機為何價格高昂？問題不在屏幕本身，而在反復彎折下導電層易疲勞斷裂。

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原子級金屬薄膜幾乎沒有傳統(tǒng)材料因厚度引發(fā)的應力集中現象，兼具柔韌性和高導電性，是理想的柔性電極候選材料。

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未來可貼附于皮膚的健康監(jiān)測裝置，如紋身般輕盈的穿戴式傳感器，不再是科幻場景，而是正隨著材料條件的成熟逐步成為現實。

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在催化與傳感領域，優(yōu)勢更為突出。

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二維金屬擁有接近理論最大值的比表面積，參與反應的活性原子比例極高。這意味著在同等條件下，化學轉化效率與檢測靈敏度均可實現倍數級提升。

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無論應用于下一代鋰電池、綠氫生產，還是大氣污染物實時監(jiān)測，這類材料都可能成為決定性因素。

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最令基礎科學研究振奮的，是其在量子領域的潛力。

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諸多量子現象僅能在低維體系中顯現并維持穩(wěn)定。二維金屬為探索量子霍爾效應、拓撲超導態(tài)等前沿課題提供了理想實驗平臺。

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這些看似遙遠的基礎發(fā)現，一旦與量子計算、超高精度探測技術融合，其影響力將遠遠超越材料科學本身。

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更重要的是，該方法已在多種不同金屬上成功驗證，表明這不是單一材料的偶然成就。

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換言之，一個全新的材料宇宙，剛剛被推開了一道縫隙。

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結語

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回顧這次重大突破，真正震撼人心之處，并非僅僅是“做到了極致之薄”。

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許多曾被打上“不可能”烙印的研究方向，其實并非自然法則的終點，而是人類思維尚未真正拓展的邊界。

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近年來中國科研的進步，正體現在這類原創(chuàng)性成果之中。不再是亦步亦趨地跟隨，也不是簡單復制已有路徑，而是在關鍵技術節(jié)點上，敢于挑戰(zhàn)既定結論，重新構建技術路線。

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當然，從實驗室成果邁向大規(guī)模產業(yè)化仍有諸多挑戰(zhàn)。量產可行性、成本控制、工藝兼容性等問題依然嚴峻。

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但所有革命性技術的起點，往往都被認為“沒有實際用途”。

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二維金屬的故事，才剛剛翻開第一頁。它未來能達到何種高度，目前尚無人能準確預言。

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但可以確定的是，這一次，中國科學家站在了這場變革的起始線上。

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信息來源：

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人民網《中國首例二維金屬入選《物理世界》“2025年十大突破”》

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新華社《從“跟跑”到“領跑”，中國二維金屬技術改寫全球材料科學格局》

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央視新聞《頭發(fā)絲20萬分之一厚！中國二維金屬入選國際頂級科學突破榜單》