液态金属是指一种不定型金属，液态金属可看作由正离子流体和自由电子气组成的混合物，液态金属也是一种不定型、可流动液体的金属。室温液态金属具有许多有趣的表面和体积特性，使他们广泛用于包括柔性电子器件和微流体等各种工程应用中。二维氧化物在电子和其他技术中有着广泛的应用。然而，许多氧化物很难通过常规的方法得到二维薄膜。我们采用无毒镓基合金液态金属作为反应溶剂，将所需制成氧化物的金属单质引入熔体制得超薄氧化膜。

成果简介：皇家墨尔本理工大学Ali Zavabeti, Jian Zhen Ou, Benjamin J. Carey, Nitu Syed, Rebecca Orrell-Trigg, Edwin L. H. Mayes, Chenglong Xu, Omid Kavehei, Anthony P. O’Mullane, Richard B. Kaner, Kourosh Kalantar-zadeh,* Torben Daeneke *采用无毒镓基合金液态金属作为反应溶剂，将所需制成氧化物的金属单质引入熔体制得相应金属的超薄氧化膜。基于液态金属的反应路线可以用于产生以前不能用常规方法获得的2D材料，将室温液态金属作为低维度氧化物纳米材料合成的反应环境为获取2D材料的方法又添一利器。相关成果以“A liquid metal reaction environment for the room-temperature synthesis of atomically thin metal oxides”为题发表在国际顶刊Science上。（DOI: 10.1126/science.aao4249）

图文导读：

基本原理和合成方法。

1. 不同金属氧化物的吉布斯自由能。红色虚线右侧的氧化物预计将主导界面。对于液态金属合金，不论含量多少，吉布斯自由能较低的金属在形成液态-空气膜时占主导。即形成其对应的纳米氧化膜。

2. 液态金属液滴的横截面图，显示了所示的HFO2、Al2O3和Gd2O3薄层的可能晶体结构。

3. 传统剥落技术的示意图。两种剥离方法。①原始的液态金属液滴暴露在含氧环境中，用合适的基材接触液态金属可使界面氧化层转移。（右边为光学图像）

   (D)②气体注射剥离。气体注入方法的示意图(左)，通过液态金属破裂的气泡的照片(中)，以及由此产生的片滴注到硅片上的光学图像(右)。

传统剥离法所得材料形貌的表征。左：AFM图像，厚度轮廓在红线上。中间：TEM表征，采用选区电子衍射(SAED)(顶部)和HRTEM图像(底部；刻度棒，0.5 nm).右：用XPS测元素组成。

1. 共晶镓铟锡合金。

   B到D合金，分别加入约1%的铪、铝和钆。结果证实对于液态金属合金，不论含量多少，吉布斯自由能较低的金属在形成液态-空气膜时占主导的设想。

气体注射法所得材料的表征。左：AFM图像，厚度轮廓在红线上。中间：TEM图，有SAED(顶部)和HRTEM图像(底部；刻度棒，0.5 nm)。右：由此产生的氧化物的拉曼光谱。

1. 共晶镓铟锡合金。

   (B)添加约1%的铪的合金。拉曼光谱与文献报道的Ga2O3(A)和HfO2(B)的拉曼光谱吻合较好。假设成立。

HfO2介电常数的表征。

1. AFM图。

2. (B)AFM高度(顶)和电流(底)图的边缘区域的HFO2样品直接沉积在铂涂层晶圆片剥落法。

3. 通过HFO2层测量的电流-电压曲线.

(D)低损耗电子能量损失谱学，可分析带隙。

小结：

本文研究结果表明，液体金属表面的氧化层可以通过选择合适的预合金元素的吉布斯自由能(Gibbs Free Energy for oxide form)来操纵。用来回收二维纳米片的两种方法都是可伸缩的，不需要复杂的设备，而且可以直接沉积在衬底上或作为水悬浮液。液态金属在反应过程中充当溶剂，促进了原子上的金属氧化物层的分离，这些金属氧化物直接呈现为超薄纳米结构，从而提供了一条二维金属材料的合成途径，这些金属氧化物中有几种由于其不同的电子、磁性、光学和催化性能而具有**重要的意义。