单层二维材料的表面原子几乎完全裸露，相比于体相材料，原子利用率大大提高。二维材料可以是导体、半导体，也可以是绝缘体；可以是化学惰性，也可以随时进行表面化学修饰。

概括起来，主要有以下3个优势：

导热性（二维材料的导热性是铜的10倍）

硬度（硬度是钢的倍，抗磨性能极强）

抗摩性（二维材料的厚度极低，相当于头发直径的二十万分之一）

二维材料五大家族示意图

二维材料简介

一、六方氮化硼

六方氮化硼（h-BN）间距大，易滑动，具有各向异性。

在热学性质上，h-BN导热性能好，耐热性强，空气中使用温度为℃，一个氮气压下，可耐℃的高温。

在电学性质上，h-BN是很好的高温绝缘材料，广泛应用在航天器燃烧室衬里、保护套及热屏蔽材料中。在超低温时，h-BN输出特性良好，可用于制作灵敏度高、响应速度快、转换效率高的光电探测器等光电子器件。

在光学性质上，h-BN光透过率较强，加之相对稳定的结构，是雷达窗口材料以及战机隐身材料的首选。

二、二硫化钼——高级固体润滑油王

二硫化钼（MoS2）为过渡金属硫化物，可分离为单层或少层，硫和钼原子间有较强的共价键，结构稳定。

在光电特性上，MoS2比表面积大，特有的电化学性质有利于气体的吸收，且在吸收不同气体分子时导电性能不同，在传感器研究方面有很大的应用空间。

在机械性能上，MoS2在一定程度上为最佳的柔性电子材料。

在结构特性上，MoS2为类石墨烯层状结构材料，可修饰性强、物相容性高，近年在生物传感分析和医学检验检测领域得到了相对广泛的应用。

三、石墨烯——材料之王

石墨烯是目前唯一天然存在的二维材料，是已知最薄的材料。

基于稳定结构和超高导电性，石墨烯或成为下一代晶体管先进研究的关键性材料。石墨烯还可实现零阻力传导电子，故可用作研究非常规超导现象，有望推动超导研究进程。

在力学特性上，石墨烯强度极高，在新型复合材料的制备、柔性电子器件研制上有天然优势。在光学特性上，单层石墨烯透光率高达97.7%，且可在较宽的光谱范围实现快速响应，在光电子器件研究领域有着巨大的发展潜力。此外，石墨烯感应环境改变时灵敏性极高，有望开启新型传感器研制的新时代。

在化学特性上，石墨烯表面积大，经过功能化的特殊处理后可得到某些可期的特性，在燃料电池、超级电容研发中备受青睐。在热学特性上，石墨烯热稳定性强、导热性好，能满足系统高集成度、高功率的散热需求，可推动新型散热薄膜研究的发展。

四、黑磷——梦幻材质（第二个石墨烯）

黑磷是磷的同素异形体中最稳定的一种，具有类似石墨的片状结构，单原子层厚度的黑磷又称为黑磷烯。元素周期表第15位，元素符号P。黑色有金属光泽的晶体，它是用白磷在很高压强和较高温度下转化而形成的。

其具有如下良好性能：

1.半导体性质，如有良好的电子迁移率（~cm2/Vs），还有非常高的漏电流调制率（是石墨烯的0倍）

2.光学性能：其半导体带隙是直接带隙,即电子导电能带（导带）底部和非导电能带（价带）顶部在同一位置，实现从非导到导电，电子只需要吸收能量（光能），而传统的硅或者硫化钼等都是间接带隙，不仅需要能量(能带变化)，还要改变动量（位置变化）。这意味着黑磷和光可以直接耦合，这个特性让黑磷成为未来光电器件（例如光电传感器）的一个备选材料。可以检测整个可见光到近红外区域的光谱。

自年石墨烯获得诺贝尔物理学奖以来，科学家和产业界对石墨烯就开始狂热的追逐，一大批类石墨烯的二维材料也被相继发现。