其中 ， 最大的挑战之一就是如何以高度可控的方式合成具有所需结构特征的二维材料 ， 因为二维材料的性能和应用与所有这些结构特征高度相关 ， 包括尺寸、层数、掺杂、缺陷、空位、层间间距 ， 结晶度和相等 。
比如 ， 近年来 ， 二维材料的相位被认为是影响其性能和应用性能的关键参数之一 。 然而 ， 精确设计某些相的纯度、不同相的比率或二维材料的相图案仍然是困难的 ， 而这对其在催化和电子领域的进一步应用非常重要 。
二维材料的另一大挑战是如何实现二维材料的大规模生产或高质量二维薄膜的晶圆级生长以用于实际应用 。 现有的湿化学合成和液相剥离方法可以制备出在催化或电池方面具有良好性能的二维材料 ， 但其生产仍不能满足实际工业应用的要求 。
二维材料的第三大挑战就是如何防止二维纳米片在存储和应用过程中堆积或聚集 ， 从而避免二维材料的优异性能和性能退化 。 要知道 ， 二维材料的大横向尺寸和原子厚度赋予了它们许多优异的性能 ， 但也不可避免地使它们在储存和进一步使用过程中非常容易堆叠在一起 ， 这将极大地削弱它们的优势 。
考虑到二维材料已被广泛应用 ， 每个具体应用仍然存在挑战 。 尽管二维材料确实有巨大的潜力通过制造更短的沟道晶体管或基于二维材料构建单片三维集成CMOS电路来超越摩尔定律 ， 但更现实的目标是将二维材料与硅芯片集成 ， 而不是取代硅 。
【从石墨烯开始，人类正在穿越元素周期表】总的来说 ， 石墨烯革命在二维材料领域引起的热潮 ， 必将鼓励科学家们对元素周期表上的其他元素开展深入研究 。 这也正是现代人们所拥有的炼金术 。
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