鎵和鎵基合金是典型的室溫液態(tài)金屬,具有低熔點(diǎn)、高表面張力、柔韌變形性、良好的導熱性和導電性以及低毒性等優(yōu)秀特性?;谝簯B(tài)金屬的應用迄今已被拓展到先進(jìn)熱管理、柔性電子、軟體機器人、生物醫學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。與其它金屬類(lèi)似,空氣與鎵基液態(tài)合金之間的界面處同樣易于形成薄的自限性氧化膜。在以往的系列研究中,基于氧化前后表面張力的變化被用于在酸性或堿性溶液中誘導液態(tài)金屬的各種運動(dòng)和變形行為。然而,到目前為止,氧化膜本身的物理性質(zhì)很少受到關(guān)注。
β-Ga2O3是一種新興的半導體材料,其具有4.6-4.9 eV的超寬帶隙,高擊穿電場(chǎng)和較大的Baliga品質(zhì)因數(Baliga’s Figure of Merit, BFOM),是制備下一代高功率電子器件的候選材料之一。然而,由于β-Ga2O3膜大面積沉積具有很高的難度,實(shí)現基于β-Ga2O3膜的電子器件一直是頗具挑戰性的問(wèn)題。實(shí)際上,包覆Ga基液態(tài)金屬表面的氧化層在制造大面積β-Ga2O3膜方面可以拓展出驚人的新應用。
眾所周知,二維(2D)材料具有許多與塊狀材料不同的有趣特性,例如壓電和光學(xué)特性,其多樣化應用潛力激發(fā)了學(xué)術(shù)界對相應合成策略的特別關(guān)注,而合成策略在很大程度上由于各種創(chuàng )新方法的提出而逐步得到拓寬。2012年,中科院理化所劉靜小組在一篇長(cháng)達30頁(yè)的前瞻性論文中**描述了基于液態(tài)金屬鎵等材料直接制備各類(lèi)型導體、半導體繼而構筑功能器件的DREAM Ink(夢(mèng)之墨)原理和方法;2017年,澳大利亞Kalantar-zadeh小組借助鎵基液態(tài)金屬的獨特反應環(huán)境探索了相對容易的合成路線(xiàn)?;诜兜氯A力分離表面氧化膜的方法激發(fā)了獲取超薄氧化鎵層的新方法,進(jìn)一步豐富了其它功能性二維材料的合成策略。理論上,由此制成的材料在構建薄膜半導體器件方面具有獨特優(yōu)勢。然而,迄今為止,國際上直接利用液態(tài)金屬制造功能器件的研究還鮮有嘗試,將這些材料用于制備場(chǎng)效應晶體管半導體層的相關(guān)探索存在大量空白,學(xué)術(shù)界對這些二維材料的電性能研究尚有較大欠缺。