एकल-परत सामग्री

सामग्री विज्ञान में एकल-परत सामग्री या 2D सामग्री शब्द क्रिस्टलीय ठोस पदार्थों को संदर्भित करने के लिए उपयुक्त होता है जिसमें परमाणुओं की परत को सम्मिलित किया  जाता हैं। ये सामग्रियां कुछ अनुप्रयोगों के लिए आशाजनक होती हैं इस कारण इन अनुसंधानों का केंद्र भी बना रहता हैं। इस प्रकार एकल तत्वों से प्राप्त होने वाले एकल-परत सामग्री को सामान्यतः उनके नामों में -ene प्रत्यय लगा कर उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए ग्राफीन इसका प्रमुख उदाहरण हैं। एकल-परत सामग्री जो दो या दो से अधिक तत्वों के यौगिक के रूप में बनायी जाती  हैं, इनमें मुखयतः  -ene या -आइड प्रत्यय का उपयोग होता हैं। इस प्रकार  2डी सामग्री को सामान्यतःविभिन्न तत्वों के 2डी यौगिकों (दो या अधिक सहसंयोजक बंधन तत्वों से मिलाकर बनाया जाता हैं) के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है।

यह भविष्यवाणी की जाती है कि सैकड़ों स्थिर एकल-परत सामग्री हैं। इन और कई अन्य संभावित संश्लेषण योग्य एकल-परत सामग्रियों की परमाणु संरचना और परिकलित मौलिक गुण, कम्प्यूटेशनल डेटाबेस में पाए जा सकते हैं। इस प्रकार मुख्य रूप से दो दृष्टिकोणों का उपयोग करके 2डी सामग्री का उत्पादन किया जा सकता है: टॉप-डाउन एक्सफोलिएशन और बॉटम-अप सिंथेसिस के रूप में उपयोग किया जाता हैं। इस प्रकार एक्सफोलिएशन विधियों में सोनिकेशन, यांत्रिक, हाइड्रोथर्मल, विद्युत रसायन, लेजर-असिस्टेड और माइक्रोवेव-असिस्टेड एक्सफोलिएशन को सम्मलित किया जाता हैं।

सी: ग्राफीन
ग्राफीन लगभग पारदर्शी परमाणु पर मोटी शीट के रूप में कार्बन का क्रिस्टलीय यौगिक है। इसके भार के लिए यह अधिकतम इस्पात से सैकड़ों गुना अधिक शक्तिशाली होता है। इस प्रकार इसमें उच्चतम ज्ञात तापीय और विद्युत चालकता है, जो तांबे की तुलना में 1,000,000 गुना धारा घनत्व प्रदर्शित करता है। इसे पहली बार 2004 में बनाया गया था। अन्य गीम और कॉन्स्टेंटिन नोवोसेलोव ने दो आयामी सामग्री ग्राफीन के बारे में ग्राउंडब्रेकिंग प्रयोगों के लिए भौतिकी में 2010 का नोबेल पुरस्कार जीता हैं। इस प्रकार उन्होंने सर्वप्रथम संयोजित होने वाले टेप के साथ बल्क ग्रेफाइट से ग्राफीन के समूह का प्रयोग किया और फिर उन्हें सिलिकॉन वेफर पर स्थानांतरित करके इसका उत्पादन किया था। ग्राफीन अन्य 2-आयामी कार्बन अलॉट्रोप है जिसकी संरचना ग्राफीन के समान है। इस प्रकार इसे एसिटिलीन बॉन्ड से जुड़े बेंजीन के छल्लों के नेट के रूप में देखा जा सकता है। इस प्रकार एसिटिलीन समूहों की सामग्री के आधार पर, ग्राफीन को मिश्रित कक्षीय संकरण, spn माना जा सकता है, जहां 1 < n < 2, ग्राफीन की तुलना में (शुद्ध sp2) और हीरा (शुद्ध sp3) हैं।
 * ग्राफीन

फोनन बिखरना और एब इनिटियो या एब-इनिटियो परिमित तापमान, क्वांटम यांत्रिक आणविक गतिकी सिमुलेशन का उपयोग करते हुए प्रथम-सिद्धांत की गणना ने ग्राफीन और इसके बोरॉन नाइट्राइड एनालॉग्स को स्थिर दिखाया गया हैं।

1960 से पहले ग्राफीन के अस्तित्व का अनुमान लगाया गया था। इसे अभी तक संश्लेषित नहीं किया गया है। चूंकि इस प्रकार ग्राफडीयन (डायसटाइलेन समूहों के साथ ग्राफीन) को कॉपर सबस्ट्रेट्स पर संश्लेषित किया गया था। इस प्रकार हाल ही में, दिशा-निर्भर डायराक शंकु की क्षमता के कारण इसे ग्राफीन के लिए प्रतियोगी होने का प्रमाण किया गया है।

बी: बोरोफेन
बोरोफेन बोरॉन का क्रिस्टलीय परमाणु मोनोपरत है और इसे बोरॉन शीट के रूप में भी जाना जाता है। पहली बार 1990 के दशक के मध्य में फ्रीस्टैंडिंग स्थिति में सिद्धांत द्वारा भविष्यवाणी की गई थी, और फिर थाई एट अल द्वारा सबस्ट्रेट्स पर अलग-अलग मोनोआटोमिक परतों के रूप में प्रदर्शित किया गया हैं। इस प्रकार 2015 में विभिन्न बोरोफिन संरचनाओं की प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि की गई थी।

जीई: जर्मनिन
जर्मेने हिरन के छत्ते की संरचना के साथ जर्मेनियम का द्वि-आयामी यौगिक है। प्रयोगात्मक रूप से संश्लेषित जर्मेनिन मधुकोश संरचना प्रदर्शित करता है। इस मधुकोश संरचना में दो षट्भुज वाले नेट के रूप में प्रकट होते हैं जो इस प्रकार लंबवत रूप से दूसरे से 0.2 ए द्वारा विस्थापित होते हैं।

हां: सिलिसीन
सिलिसीन सिलिकॉन का द्वि-आयामी यौगिक है, जिसमें ग्राफीन के समान हेक्सागोनल मधुकोश संरचना होती है।  इसकी वृद्धि द्वि-आयामी परत के नीचे व्यापक Si/Ag(111) सतह मिश्र धातु द्वारा प्रदर्शित किया जाता हैं।

एसएन: स्टेनिन
स्टैनेन अनुमानित टोपोलॉजिकल रोधक है जो कमरे के तापमान के सुपरकंडक्टर के पास अपने किनारों पर अपव्यय रहित धाराओं को प्रदर्शित कर सकता है। इस प्रकार यह परत में व्यवस्थित विश्वास करना के परमाणुओं से बना है, इस प्रकार जो ग्राफीन के समान है। इसकी बंधी हुई संरचना NOx और SHx जैसे सामान्य वायु प्रदूषकों के खिलाफ उच्च प्रतिक्रियाशीलता की ओर ले जाती है और इस प्रकार यह उन्हें कम तापमान पर फँसाने और अलग करने में सक्षम है। कम ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉन विवर्तन का उपयोग करते हुए स्टेनिन की संरचना निर्धारण ने घन (111) सतह पर अल्ट्रा-फ्लैट स्टेनिन दिखाया है।

पीबी: साहुल
प्लंबिन लेड का द्वि-आयामी अलॉट्रोप है, जिसमें ग्राफीन के समान हेक्सागोनल मधुकोश संरचना होती है।

पी: फॉस्फोरिन
फास्फोरस का 2-आयामी, क्रिस्टलीय यौगिक है। इसकी मोनो-परमाणु हेक्सागोनल संरचना इसे वैचारिक रूप से ग्राफीन के समान बनाती है। चूंकि, फॉस्फोरिन में काफी भिन्न इलेक्ट्रॉनिक गुण होते हैं, विशेष रूप से इसमें उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता प्रदर्शित करते समय नॉनजीरो बैंड गैप होता है। इस प्रकार यह संपत्ति संभावित रूप से इसे ग्राफीन की तुलना में बेहतर अर्धचालक बनाती है। फॉस्फोरिन के संश्लेषण में मुख्य रूप से माइक्रोयांत्रिक क्लीवेज या तरल चरण एक्सफोलिएशन विधियाँ होती हैं। इस प्रकार पूर्व में कम उपज होती है जबकि बाद में सॉल्वेंट में मुक्त खड़े नैनोशीट का उत्पादन न कि ठोस समर्थन पर होता है। रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) जैसे नीचे-ऊपर के दृष्टिकोण इसकी उच्च प्रतिक्रियाशीलता के कारण अभी भी खाली हैं। इसलिए, धारा परिदृश्य में, फॉस्फोरिन की शिथिल फिल्मों के बड़े क्षेत्र के निर्माण के लिए सबसे प्रभावी विधि में वेट असेंबली तकनीकें सम्मलित हैं जैसेलिंगमुईर  ब्लॉडगेट  फिल्म  या लिंगमुईर  ब्लॉडगेट में असेंबली सम्मलित है जिसके बाद ठोस समर्थन पर नैनोशीट्स का निक्षेपण होता है।

एसबी: एंटीमोनिन
एंटिमोनिन एंटीमनी का द्वि-आयामी यौगिक है, जिसके परमाणु हिरन के छत्ते की में व्यवस्थित होते हैं। सैद्धांतिक गणना ने भविष्यवाणी की थी कि (ऑप्टो) इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए उपयुक्त प्रदर्शन के साथ एंटीमोनीन परिवेशी परिस्थितियों में स्थिर अर्धचालक होगा। इस प्रकार एंटीमोनिन को पहली बार 2016 में माइक्रोयांत्रिक एक्सफोलिएशन द्वारा अलग किया गया था और यह परिवेशी परिस्थितियों में बहुत स्थिर पाया गया। इसके गुण इसे बायोमेडिकल और ऊर्जा अनुप्रयोगों के लिए भी अच्छा उम्मीदवार बनाते हैं।

2018 में किए गए अध्ययन में, एंटीमोनिन संशोधित स्क्रीन-मुद्रित इलेक्ट्रोड (एसपीई) को उनके सुपरकैपेसिटिव गुणों को चिह्नित करने के लिए दो-इलेक्ट्रोड दृष्टिकोण का उपयोग करके गैल्वेनोस्टैटिक चार्ज / डिस्चार्ज टेस्ट के अधीन किया गया था। सबसे अच्छा विन्यास देखा गया, जिसमें एसपीई में 36 नैनोग्राम एंटीमोनिन सम्मलित थे, इस प्रकार 1578 F G-1 की विशिष्ट धारिता दिखाई दी 14 A g-1 की धारा पर इन गैल्वेनोस्टैटिक चक्रों में से 10,000 से अधिक, पहले 800 चक्रों के पश्चात प्रारंभ में धारिता अवधारण मान 65% तक गिर जाता है, अपितु फिर शेष 9,200 चक्रों के लिए 65% और 63% के बीच रहता है। इस प्रकार 36 एनजी एंटीमोनीन/एसपीई सिस्टम ने 20 mW-1h किग्रा का ऊर्जा घनत्व भी दिखाया और 4.8 kW-1 किग्रा का पावर घनत्व के रूप में प्रयोग किया जाता हैं। इन सुपरकैपेसिटिव गुणों से संकेत मिलता है कि एंटीमोनीन सुपरकैपेसिटर सिस्टम के लिए आशाजनक इलेक्ट्रोड सामग्री है। इस प्रकार हालिया अध्ययन, एंटीमोनिन संशोधित एसपीई से संबंधित ऑक्सीजन युक्त वातावरण में इलेक्ट्रोनालिटिकल माप की सुविधा के लिए विद्युत रसायनी निष्क्रिय परतों को बनाने के लिए एंटीमोनिन परतों की अंतर्निहित क्षमता को दर्शाता है, जिसमें भंग ऑक्सीजन की उपस्थिति सामान्य रूप से विश्लेषणात्मक प्रक्रिया में बाधा डालती है। इस प्रकार इसी अध्ययन में नाइट्रोएरोमैटिक यौगिकों के निर्धारण के लिए इलेक्ट्रोकैटलिटिक प्लेटफॉर्म के रूप में एंटीमोनिन ऑक्साइड/पेडॉट: पीएसएस नैनोकंपोजिट्स के इन-सीटू उत्पादन को भी दर्शाया गया है।

द्वि: बिस्मथिन
बिस्मथिन, बिस्मुथ के द्वि-आयामी (2डी) एलोट्रॉप, को स्थलीय रोधक होने की भविष्यवाणी की गई थी। इस प्रकार यह भविष्यवाणी की गई थी कि 2015 में सिलिकन कार्बाइड पर उगाए जाने पर बिस्मुथीन अपने टोपोलॉजिकल चरण को बरकरार रखता है। 2016 में भविष्यवाणी को सफलतापूर्वक साकार और संश्लेषित किया गया था। पहली नज़र में प्रणाली ग्राफीन के समान है, क्योंकि द्वि परमाणु छत्ते की में व्यवस्थित होते हैं। चूंकि इस प्रकार ऊर्जा अंतराल बीआई परमाणुओं के बड़े स्पिन-ऑर्बिट इंटरेक्शन (युग्मन) और सब्सट्रेट के साथ उनकी बातचीत के कारण 800mV जितना बड़ा है। इस प्रकार, क्वांटम स्पिन हॉल प्रभाव के कमरे के तापमान के अनुप्रयोग पहुंच में आते हैं। इस प्रकार यह अपनी प्राकृतिक अवस्था में सबसे बड़ा गैर-तुच्छ बैंडगैप 2डी टोपोलॉजिकल इंसुलेटर बताया गया है।  विभिन्न मामलों में बिस्मुथीन के टॉप-डाउन एक्सफोलिएशन की सूचना मिली है  इस प्रकार विद्युत रसायन सेंसिंग के क्षेत्र में बिस्मुथीन के कार्यान्वयन को बढ़ावा देने वाले हालिया कार्यों के साथ।  इमदादुल एट अल ने परमाणु-पैमाने पर विश्लेषण के माध्यम से मोनोपरत β-बिस्मुथीन की यांत्रिक शक्ति और फोनन तापीय चालकता की भविष्यवाणी की। इस प्रकार प्इस प्रकार राप्त कमरे का तापमान (300K) फ्रैक्चर ताकत ~ 4.21 N/m आर्मचेयर दिशा के साथ और ~ 4.22 N/m ज़िगज़ैग दिशा के साथ है। 300 K पर, इसके यंग के मोडुली को आर्मचेयर और ज़िगज़ैग दिशाओं के साथ क्रमशः ~ 26.1 N/m और ~ 25.5 N/m बताया गया है। इसके अतिरिक्त, 300 K पर ~ 1.3 W/m∙K की उनकी अनुमानित फोनन तापीय चालकता अन्य समान 2D मधुकोशों की तुलना में काफी कम है, जो इसे थर्मोइलेक्ट्रिक संचालन के लिए आशाजनक सामग्री बनाती है।

धातु
द्वि-आयामी फिल्म ज्यामिति में प्लैटिनम की एकल और दोहरी परमाणु परतों का प्रदर्शन किया गया है। ये परमाणु रूप से शिथिल प्लेटिनम फिल्में ग्राफीन पर प्रस्तुत की जाने वाली एपिटाक्सी हैं जो कंप्रेसिव स्ट्रेन लगाता है जो प्लेटिनम की सतह रसायन विज्ञान को संशोधित करता है, जबकि ग्राफीन के माध्यम से चार्ज ट्रांसफर की अनुमति भी देता है।  दुर्ग की एकल परमाणु परतें जिनकी मोटाई 2.6 Å तक कम है, और इस प्रकार रोडियाम जिसकी मोटाई 4 Å से कम है भी संश्लेषित किया गया है और परमाणु बल माइक्रोस्कोपी और ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के साथ विशेषता है।

2डी मिश्र
द्वि-आयामी मिश्र धातु (या सतह मिश्र धातु) मिश्र धातु की एकल परमाणु परत होती है जो अंतर्निहित सब्सट्रेट के साथ असंगत होती है। उदाहरण Sn के साथ और Bi के साथ Pb की 2D क्रमित मिश्रधातु है। इस प्रकार सिलीसीन के मामले में, सतह मिश्र धातुओं को द्वि-आयामी परतों को मचान करने के लिए पाया गया है।

2डी सुपरक्रिस्टल
2डी सामग्रियों के सुपरक्रिस्टल प्रस्तावित किए गए हैं और सैद्धांतिक रूप से अनुकरण किए गए हैं। ये मोनोपरत क्रिस्टल सुप्रा परमाणु आवधिक संरचनाओं से बने होते हैं जहां  (समूह) के नोड्स में परमाणुओं को सममित परिसरों द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। इस प्रकार उदाहरण के लिए, 4 या 6 कार्बन परमाणुओं के ग्राफीन पैटर्न की हेक्सागोनल संरचना में क्रिस्टल संरचना यूनिट सेल में दोहराए जाने वाले नोड के रूप में एकल परमाणुओं के अतिरिक्त हेक्सागोनल रूप से व्यवस्थित किया जाएगा।

यौगिक

 * बोरॉन नाइट्राइड नैनोशीट


 * टाइटेनेट नैनोशीट
 * बोरोकार्बोनाइट्राइड्स
 * एमएक्सेन्स
 * 2डी सिलिका
 * नाइओबियम ब्रोमाइड और नाइओबियम क्लोराइड

ट्रांज़िशन मेटल डाइक्लोजेनाइड मोनोपरत्स
सबसे अधिक अध्ययन किया जाने वाला द्वि-आयामी संक्रमण धातु डाइक्लोजेनाइड (TMD) मोनोपरत मोलिब्डेनम डाइसल्फ़ाइड (MoS2) है।2). कई चरण ज्ञात हैं, विशेष रूप से 1T और 2H चरण। नामकरण परिपाटी संरचना को दर्शाती है: 1T चरण में त्रिकोणीय क्रिस्टल प्रणाली में प्रति यूनिट सेल में शीट (S-Mo-S की परत से मिलकर, आकृति देखें) होती है, जबकि 2H चरण में हेक्सागोनल में प्रति यूनिट सेल में दो शीट होती हैं। क्रिस्टल प्रणाली। 2H चरण अधिक सामान्य है, क्योंकि इस प्रकार 1T चरण मेटा-स्थिरता है और अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन दाताओं (सामान्यतःसतह S रिक्तियों) द्वारा स्थिरीकरण के बिना 2H में परिवर्तित हो जाता हैं। MoS का 2H चरण2 (पियर्सन प्रतीक HP6, संरचना रिपोर्ट पदनाम C7) में अंतरिक्ष समूह P6 है3/ एमएमसी। प्रत्येक परत में त्रिकोणीय प्रिज्मीय समन्वय में S से घिरा हुआ Mo उपयोग होता है। इसके विपरीत, 1T चरण (पियर्सन प्रतीक hP3) में अंतरिक्ष समूह P-3m1, और ऑक्टाहेड्रली-समन्वित Mo, 1T यूनिट सेल में केवल परत होती है, इस प्रकार यूनिट सेल में 2H यूनिट सेल (क्रमशः 5.95 Å और 12.30 Å) की लंबाई के आधे से थोड़ा कम एसी पैरामीटर होता है। दो चरणों की विभिन्न क्रिस्टल संरचनाओं के परिणामस्वरूप उनके इलेक्ट्रॉनिक बैंड संरचना में भी अंतर होता है। इस प्रकार 2H-MoS के D-ऑर्बिटल्स2 तीन बैंड में बांटा गया है: Dz2, Dx2-y2,xy, और Dxz,yz. इनमें से केवल Dz2 भरा है, यह 1.9eV के बैंडगैप के साथ अर्धचालक में विभाजित होने के कारण प्राप्त होने वाले परिणामों के साथ संयुक्त है। 1T2, दूसरी ओर, आंशिक रूप से भरे हुए D-ऑर्बिटल्स हैं जो इसे धातु का लक्षण देते हैं।

क्योंकि संरचना में इन-प्लेन सहसंयोजक बंधन और इंटर-परत वैन डेर वाल्स बल होते हैं, मोनोपरत टीएमडी के इलेक्ट्रॉनिक गुण अत्यधिक अनिसोट्रोपिक होते हैं। उदाहरण के लिए, MoS की चालकता2 तलीय परत के समानांतर दिशा में (0.1–1 ओम-1सेमी-1) परतों के लंबवत चालकता से ~2200 गुना बड़ा है। इस प्रकार बल्क सामग्री की तुलना में मोनोपरत के गुणों में भी अंतर हैं: कमरे के तापमान पर इलेक्ट्रॉन गतिशीलता गतिशीलता मोनोपरत 2H MoS2 के लिए काफी कम है। (0.1-10 सेमी 2 V -1 S -1) बल्क MoS2 की तुलना में (100-500 सेमी 2 V -1 S -1) यह अंतर मुख्य रूप से मोनोपरत और उस पर जमा होने वाले सब्सट्रेट के बीच चार्ज ट्रैप के कारण उत्पन्न होता है।

NO2 (इलेक्ट्रो) कटैलिसीस में महत्वपूर्ण अनुप्रयोग हैं। इस प्रकार अन्य द्वि-आयामी सामग्रियों की तरह, गुण अत्यधिक ज्यामिति-निर्भर हो सकते हैं, MoS2 की सतह उत्प्रेरक रूप से निष्क्रिय है, अपितु किनारे उत्प्रेरित प्रतिक्रियाओं के लिए सक्रिय साइटों के रूप में कार्य कर सकते हैं। इस कारण से, डिवाइस इंजीनियरिंग और निर्माण में उत्प्रेरक सतह क्षेत्र को अधिकतम करने के लिए विचार सम्मलित हो सकते हैं, इस प्रकार उदाहरण के लिए बड़ी शीट्स के अतिरिक्त छोटे नैनोकणों का उपयोग करके या क्षैतिज के अतिरिक्त लंबवत रूप से जमा करना। इस प्रकार उत्प्रेरक दक्षता भी चरण पर दृढ़ता से निर्भर करती है: इस प्रकार 2H MoS2 के उपरोक्त इलेक्ट्रॉनिक गुण इसे कटैलिसीस अनुप्रयोगों के लिए खराब उम्मीदवार बनाते हैं, अपितु इन मुद्दों को धात्विक (1T) चरण में संक्रमण के माध्यम से रोका जा सकता है। इस प्रकार 1T चरण में 10 mA/cm 2 के धारा घनत्व के साथ अधिक उपयुक्त गुण हैं, इस प्रकार RHE के सापेक्ष -187 mV की अतिविभव, और इस प्रकार 43 mV/दशक का टैफेल समीकरण 2H चरण के लिए 94 mV/दशक की तुलना में हो सकते हैं।

ग्रैफाणे
जबकि ग्राफीन में हेक्सागोनल मधुकोश संरचना होती है, जिसमें वैकल्पिक रूप से इसके एसपी से निकलने वाले डबल-बॉन्ड होते हैं।2-बंधित कार्बन, ग्रैफेन, अभी भी हेक्सागोनल संरचना को बनाए रखता है, इस प्रकार sp के साथ ग्राफीन का पूरी तरह से हाइड्रोजनीकृत संस्करण है3-संकरित कार्बन हाइड्रोजन से जुड़ा हुआ है ((CH) का रासायनिक सूत्रn). इसके अतिरिक्त, जबकि ग्राफीन अपनी डबल-बॉन्ड प्रकृति के कारण प्लेनर है, ग्राफीन बीहड़ है, जिसमें हेक्सागोन कुर्सी या नाव जैसे विभिन्न आउट-ऑफ-प्लेन स्ट्रक्चरल कंफर्मर्स को अपनाते हैं, आदर्श 109.5° कोणों की अनुमति देने के लिए जो रिंग स्ट्रेन को कम करते हैं, में साइक्लोहेक्सेन के कन्फ़र्मर्स के लिए सीधा सादृश्य किया गया था। ग्रैफेन को पहली बार 2003 में प्रमेयित किया गया था, इस प्रकार 2007 में पहले सिद्धांतों ऊर्जा गणनाओं का उपयोग करके स्थिर दिखाया गया था, और इस प्रकार पहली बार प्रयोगात्मक रूप से 2009 में संश्लेषित किया गया था। इस प्रकार ग्रेफेन बनाने के लिए विभिन्न प्रायोगिक मार्ग उपलब्ध हैं, इस प्रकार जिसमें प्लाज़्मा/हाइड्रोजन गैस का उपयोग करके ग्रेफाइट के घोल में कमी या ग्रेफाइट के हाइड्रोजनीकरण के साथ-साथ रासायनिक वाष्प जमाव के नीचे-ऊपर के दृष्टिकोण सहित टॉप-डाउन दृष्टिकोण सम्मलित हैं। इस प्रकार ग्रैफेन इंसुलेटर है, जिसमें 3.5 eV का अनुमानित बैंड गैप है, चूंकि आंशिक रूप से हाइड्रोजनीकृत ग्राफीन अर्ध-चालक है, जिसमें बैंड गैप को हाइड्रोजनीकरण की डिग्री द्वारा नियंत्रित किया जाता है। जर्मन जर्मनेन जर्मेनियम से बना एकल-परत क्रिस्टल है जिसमें प्रत्येक परमाणु के लिए जेड-दिशा में हाइड्रोजन बंध होता है। जर्मनेन की संरचना ग्राफीन के समान है, इस प्रकार बल्क जर्मेनियम इस संरचना को नहीं अपनाता है। जर्मनेन [[कैल्शियम जर्मेनाइड]] से प्रारम्भ होने वाले दो-चरणीय मार्ग में निर्मित होता है। इस प्रकार इस सामग्री से सूत्र GeH के साथ स्तरित ठोस देने के लिए कैल्शियम (Ca) को HCl के साथ डी-इंटरकलेशन (रसायन विज्ञान) द्वारा हटा दिया जाता है। ज़िंटल-चरण Ca2Ge में Ca2 साइटें HCl समाधान में हाइड्रोजन परमाणुओं के साथ इंटरचेंज, जीएचएच और सीएसीएल का उत्पादन किया जाता हैं।

संयुक्त सतह मिश्र धातु
अधिकांशतः एकल-परत सामग्री, विशेष रूप से तात्विक यौगिक, सतह मिश्र धातुओं के माध्यम से सहायक सब्सट्रेट से जुड़े होते हैं। अब तक, यह घटना सिलिसीन के लिए विभिन्न माप तकनीकों के संयोजन के माध्यम से सिद्ध हो चुकी है, जिसके लिए मिश्र धातु को ही तकनीक से सिद्ध करना कठिन है, और इस प्रकार इसलिए लंबे समय से इसकी उम्मीद नहीं की जा रही थी। इसलिए, द्वि-आयामी सामग्री के नीचे इस तरह की मचान सतह मिश्र अन्य द्वि-आयामी सामग्री के नीचे भी अपेक्षित हो सकती है, जो द्वि-आयामी परत के गुणों को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करती है। इस प्रकार विकास के समय, मिश्रधातु द्वि-आयामी परत के लिए नींव और मचान दोनों के रूप में कार्य करती है, जिसके लिए यह मार्ग प्रशस्त करती है।

जैविक
Ni3(HITP)2 उच्च सतह क्षेत्र के साथ कार्बनिक, क्रिस्टलीय, संरचनात्मक रूप से ट्यून करने योग्य विद्युत कंडक्टर है। HITP कार्बनिक रसायन (2,3,6,7,10,11-हेक्साएमिनोट्रिफेनिलीन) है। यह ग्राफीन की हेक्सागोनल मधुकोश संरचना को साझा करता है। हेक्सागोन्स के केंद्रों पर समान 2-एनएम के उद्घाटन के साथ, कई परतें स्वाभाविक रूप से पूरी तरह से संरेखित स्टैक बनाती हैं। कमरे का तापमान विद्युत चालकता ~40 सीमेंस (इकाई) सेमी-1 है, बल्क ग्रेफाइट की तुलना में और किसी भी कंडक्टिंग धातु-जैविक ढांचा (MOFs) के लिए उच्चतम में से एक। इसकी चालकता की तापमान निर्भरता 100 K और 500 K के बीच के तापमान पर रैखिक होती है, जो असामान्य आवेश परिवहन तंत्र का सुझाव देती है जिसे पहले कार्बनिक अर्धचालक में नहीं देखा गया है।

इस प्रकार सामग्री को धातुओं और / या कार्बनिक यौगिकों को स्विच करके बनाए गए समूह का पहला होने का दावा किया गया था। इस प्रकार सामग्री को 2 और 40 s सेमी-1 के चालकता मूल्यों के साथ पाउडर या फिल्म के रूप में अलग किया जा सकता है।

पॉलिमर
एक मोनोमर के रूप में मेलामाइन (कार्बन और नाइट्रोजन रिंग संरचना) का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने 2DPA-1 बनाया, 2-आयामी बहुलक शीट जो हाइड्रोजन बंध द्वारा साथ रखी गई थी। इस प्रकार शीट अनायास समाधान में बनती है, जिससे शिथिल फिल्मों को स्पिन-लेपित किया जा सकता है। इस प्रकार पॉलिमर में स्टील की तुलना में दोगुनी शक्ति होती है, और यह गोली - रोक शीशे की तुलना में छह गुना अधिक विरूपण बल का प्रतिरोध करता है। यह गैसों और तरल पदार्थों के लिए अभेद्य है।

संयोजन
2D सामग्रियों की एकल परतों को स्तरित असेंबली में जोड़ा जा सकता है। उदाहरण के लिए, बाइपरत ग्राफीन सामग्री है जिसमें ग्राफीन की दो परतें होती हैं। इस प्रकार बाइपरत ग्राफीन की पहली रिपोर्ट में से आंद्रे गीम और उनके सहयोगियों द्वारा 2004 के विज्ञान (जर्नल) पेपर में थी, इस प्रकार जिसमें उन्होंने उन उपकरणों का वर्णन किया था जिनमें केवल एक, दो या तीन परमाणु परतें थीं। इस प्रकार विभिन्न 2D सामग्रियों के स्तरित संयोजनों को सामान्यतःवैन डेर वाल्स हेटरोस्ट्रक्चर कहा जाता है। इस प्रकार ट्विस्ट्रोनिक्स इस बात का अध्ययन है कि द्वि-आयामी सामग्रियों की परतों के बीच का कोण (मोड़) उनके विद्युत गुणों को कैसे बदल सकता है।

विशेषता
माइक्रोस्कोपी तकनीक जैसे ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी, 3डी इलेक्ट्रॉन विवर्तन, स्कैनिंग जांच माइक्रोस्कोपी, स्कैनिंग टनलिंग माइक्रोस्कोप, और परमाणु-बल माइक्रोस्कोपी   2डी सामग्री की मोटाई और आकार को चिह्नित करने के लिए उपयोग किया जाता है। इस प्रकार विद्युत गुण और संरचनात्मक गुण जैसे रचना और दोष की विशेषता रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी द्वारा की जाती है,   एक्स - रे क्रिस्टलोग्राफी या एक्स-रे विवर्तन,  और एक्स - रे फ़ोटोइलैक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग किया  जाता हैं।

यांत्रिक लक्षण वर्णन
कई 2डी सामग्रियों में सम्मलित परिवेशी प्रतिक्रियाशीलता और सब्सट्रेट बाधाओं के कारण 2डी सामग्रियों का यांत्रिक लक्षण वर्णन मुश्किल है। इसके लिए, आणविक गतिशीलता सिमुलेशन या आणविक यांत्रिकी सिमुलेशन का उपयोग करके कई यांत्रिक गुणों की गणना की जाती है। इस प्रकार प्रायोगिक यांत्रिक लक्षण वर्णन 2डी सामग्रियों में संभव है जो प्रायोगिक सेटअप की स्थितियों में जीवित रह सकते हैं और साथ ही उपयुक्त सबस्ट्रेट्स पर जमा किए जा सकते हैं या मुक्त रूप में सम्मलित हो सकते हैं। इस प्रकार कई 2डी सामग्रियों में विमान के बाहर की विकृति भी होती है जो माप को और जटिल बनाती है।

नैनो इंडेंटेशन परीक्षण सामान्यतः2डी सामग्री के तन्यता युक्त मॉड्यूलस, कठोरता और भंग को प्रयोगात्मक रूप से मापने के लिए प्रयोग किया जाता है। इस प्रकार इन सीधे मापा मूल्यों से, मॉडल सम्मलित हैं जो फ्रैक्चर की कठोरता, कड़ी मेहनत, अवशिष्ट तनाव और उपज (इंजीनियरिंग) के अनुमान की अनुमति देते हैं। ये प्रयोग समर्पित नैनोइंडेंटेशन उपकरण या परमाणु बल माइक्रोस्कोपी (AFM) का उपयोग करके चलाए जाते हैं। इस प्रकार नैनोइंडेंटेशन प्रयोग सामान्यतः2डी सामग्री के साथ चलाए जाते हैं, इस प्रकार दोनों सिरों पर वेज द्वारा इंडेंटेशन का अनुभव करने वाली रेखीय पट्टी के रूप में, या 2डी सामग्री के साथ केंद्र में घुमावदार टिप द्वारा इंडेंटेशन का अनुभव करने वाली परिधि के चारों ओर गोलाकार झिल्ली के रूप में। पट्टी ज्यामिति तैयार करना मुश्किल है अपितु रैखिक परिणामी तनाव क्षेत्रों के कारण आसान विश्लेषण की अनुमति देता है। इस प्रकार परिपत्र ड्रम जैसी ज्यामिति का अधिक सामान्यतः उपयोग किया जाता है और इसे पैटर्न वाले सब्सट्रेट पर नमूनों को एक्सफ़ोलीएटिंग करके आसानी से तैयार किया जा सकता है। इस प्रकार क्लैम्पिंग प्रक्रिया में फिल्म पर लागू होने वाले तनाव को अवशिष्ट तनाव कहा जा सकता है। 2डी सामग्री की बहुत शिथिल परतों के मामले में झुकने वाले तनाव को सामान्यतःइंडेंटेशन मापन में अनदेखा किया जाता है, साथ ही बहुपरत नमूनों में झुकाव तनाव प्रासंगिक हो जाता है। प्रयोगात्मक बल-विस्थापन वक्र के रैखिक और घन भागों का निर्धारण करके तन्यता युक्त मापांक और अवशिष्ट तनाव मान निकाले जा सकते हैं। इस प्रकार नमूने की विफलता पर लागू तनाव से 2डी शीट का फ्रैक्चर तनाव निकाला जाता है। इस प्रकार एएफएम टिप आकार तन्यता युक्त संपत्ति माप पर बहुत कम प्रभाव पाया गया था, अपितु ब्रेकिंग बल को टिप के शीर्ष पर तनाव एकाग्रता के कारण मजबूत टिप आकार निर्भरता पाया गया था। इन तकनीकों का उपयोग करते हुए ग्राफीन की तन्यता युक्त मापांक और उपज शक्ति क्रमशः 342 N/m और 55 N/m पाई जाती हैं।

2डी सामग्री में पोइसन का अनुपात माप सामान्यतःसीधा होता है। मान प्राप्त करने के लिए, 2D शीट को तनाव में रखा जाता है और इस प्रकार विस्थापन प्रतिक्रियाओं को मापा जाता है, या एमडी गणना की जाती है। 2डी सामग्रियों में पाई जाने वाली अनूठी संरचनाओं का परिणाम फॉस्फोरिन में औक्सेटिक्स व्यवहार के रूप में पाया गया है, और ग्राफीन और त्रिकोणीय जालक बोरोफेन में शून्य का प्वासों अनुपात हैं।

एक डबल पैडल ऑसिलेटर प्रयोग के साथ-साथ एमडी सिमुलेशन में अनुनाद आवृत्ति बदलाव को मापकर ग्राफीन के कतरनी मापांक माप को निकाला गया है। मोड आई क्रैक में 2D सामग्री की फ्रैक्चर टफनेस (KIC) पूर्व-दरार परतों को खींचकर और वास्तविक समय में दरार प्रसार की जांच करके सीधे मापा गया है। एमडी सिमुलेशन के साथ-साथ आणविक यांत्रिकी सिमुलेशन का उपयोग मोड I में फ्रैक्चर क्रूरता की गणना करने के लिए भी किया गया है। इस प्रकार अनिसोट्रोपिक सामग्रियों में, जैसे कि फॉस्फोरिन प्रसार कुछ दिशाओं के साथ अधिमानतः होता पाया गया। अधिकांश 2डी सामग्री भंगुर फ्रैक्चर से गुजरती पाई गई हैं।

अनुप्रयोग
शोधकर्ताओं के बीच प्रमुख अपेक्षा यह है कि उनके असाधारण गुणों को देखते हुए, 2डी सामग्री इलेक्ट्रॉनिक की नई पीढ़ी देने के लिए पारंपरिक अर्धचालक्स का स्थान लेती हैं।

जैविक अनुप्रयोग
2डी नेनो सामग्री पर अनुसंधान अभी भी अपनी शैशवावस्था में है, जिसमें अधिकांश शोध अद्वितीय सामग्री विकट: विशेषता को स्पष्ट करने पर केंद्रित है और 2डी नैनोमैटेरियल्स के जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों पर ध्यान केंद्रित करने वाली कुछ रिपोर्टें हैं। इस प्रकार फिर भी, 2डी नैनोमटेरियल्स में हाल ही में तेजी से हुई प्रगति ने जैविक अंशों के साथ उनकी बातचीत के बारे में महत्वपूर्ण अपितु रोमांचक प्रश्न उठाए हैं। इस प्रकार कार्बन आधारित 2डी सामग्री, सिलिकेट क्ले, ट्रांजिशन मेटल डाइक्लोजेनाइड्स (टीएमडी) और ट्रांजिशन मेटल ऑक्साइड (टीएमओ) जैसे 2डी नैनोपार्टिकल्स अपने समान आकार, उच्च सतह-से-आयतन अनुपात के कारण बढ़ी हुई भौतिक, रासायनिक और जैविक कार्यक्षमता प्रदान करते हैं।

द्वि-आयामी (2डी) नैनोमटेरियल अल्ट्राथिन नैनोमटेरियल्स हैं जिनमें उच्च स्तर की असमदिग्वर्ती होने की दशा और रासायनिक कार्यक्षमता होती है। इस प्रकार 2डी नैनो सामग्री अपने यांत्रिक इंजीनियरिंग, रसायन और ऑप्टिकल गुणों के साथ-साथ आकार, आकार, जैव-अनुकूलता और अवक्रमणशीलता के मामले में अत्यधिक विविध हैं। ये विविध गुण 2डी नैनो सामग्री को अनुप्रयोगों की विस्तृत श्रृंखला के लिए उपयुक्त बनाते हैं, जिसमें दवा वितरण, चिकित्सा इमेजिंग, ऊतक इंजीनियरिंग, बायो सेंसर और गैस सेंसर सम्मलित हैं।  चूंकि, उनका कम-आयाम वाला नैनोस्ट्रक्चर उन्हें कुछ सामान्य विशेषताएं देता है। इस प्रकार उदाहरण के लिए, 2डी नैनो सामग्री ज्ञात सबसे शिथिल सामग्री है, जिसका अर्थ है कि उनके पास सभी ज्ञात सामग्रियों के उच्चतम विशिष्ट सतह क्षेत्र भी हैं। यह विशेषता इन सामग्रियों को उन अनुप्रयोगों के लिए अमूल्य बनाती है जिनके लिए छोटे पैमाने पर उच्च स्तर की सतह की बातचीत की आवश्यकता होती है। इसके परिणामस्वरुप, दवा वितरण प्रणालियों में उपयोग के लिए 2डी नैनोमटेरियल्स की खोज की जा रही है, जहां वे बड़ी संख्या में दवा अणुओं को अवशोषित कर सकते हैं और रिलीज कैनेटीक्स पर बेहतर नियंत्रण सक्षम कर सकते हैं। इसके अतिरिक्त, उनके असाधारण सतह क्षेत्र से आयतन अनुपात और सामान्यतःउच्च मापांक मान उन्हें कम सांद्रता पर भी बायोमेडिकल नैनोकंपोजिट्स और नैनो कंपोजिट हाइड्रोजेल के यांत्रिक गुणों में सुधार के लिए उपयोगी बनाते हैं। इस प्रकार उनका अत्यधिक तन्यता युक्त बायोसेंसिंग और पूर्ण जीनोम अनुक्रमण में सफलताओं के लिए सहायक रहा है। इसके अतिरिक्त, इन अणुओं की पीडीटी उन्हें प्रकाश जैसे बाहरी संकेतों पर तेजी से प्रतिक्रिया करने की अनुमति देती है, जिससे इमेजिंग अनुप्रयोगों, फोटोथर्मल थेरेपी (पीटीटी), और फ़ोटोडायनॉमिक थेरेपी (पीडीटी) सहित सभी प्रकार के ऑप्टिकल उपचारों में उपयोगिता हो गई है।

2डी नैनो सामग्री के क्षेत्र में विकास की तीव्र गति के अतिरिक्त, बायोमेडिकल अनुप्रयोगों के लिए प्रासंगिक होने के लिए इन सामग्रियों का जैव अनुकूलता के लिए सावधानीपूर्वक मूल्यांकन किया जाना चाहिए। सामग्रियों के इस वर्ग की नवीनता का अर्थ है कि ग्राफीन जैसी अपेक्षाकृत अच्छी तरह से स्थापित 2डी सामग्री भी जीवित ऊतक (जीव विज्ञान) के साथ उनके शारीरिक संबंधों के संदर्भ में खराब समझी जाती है। इसके अतिरिक्त, चर कण आकार और आकार की जटिलताओं, निर्माण से अशुद्धियों, और प्रोटीन और प्रतिरक्षा बातचीत के परिणामस्वरूप इन सामग्रियों की जैव-अनुकूलता पर ज्ञान का पैचवर्क हुआ है।

यह भी देखें

 * मोनोपरत
 * द्वि-आयामी अर्धचालक
 * संक्रमण धातु डाइक्लोजेनाइड मोनोलयर्स