近日，美国 芝加哥大学 Alexander A. High团队在Nature Photonics上发文，报道了在原子薄单层二硒化钨tungsten diselenide（WSe2）纳米光子界面中的电可控手性。二氧化钛波导直接制作在低无序氮化硼封装的WSe2表面上。在积分之后，从激子态到波导中的光致发光，可以在平衡发射和定向偏置发射之间电切换。工作原理利用了WSe2中激子态掺杂相关的谷极化。此外，纳米光子波导,可以用作扩散激子通量的近场源，其显示从界面手性继承的谷和自旋极化。这种多功能制造方法，使光子学与范德瓦尔斯异质结构的确定性集成成为可能，并可提供对其激子和电荷载流子行为的光学控制。
Electrically controllable chirality in a nanophotonic interface with a two-dimensional semiconductor
二维半导体的纳米光子界面中的电控手性。
图2：界面静电调谐。
图3：谷极化的栅极依赖性。
图4：谷（自旋）极化激子通量的光子泵浦。
该项研究演示了与六方氮化硼hexagonal boron nitride,hBN封装的、电门控WSe2单层连接的光子波导。界面表现出从0%到20%电可调手性-定向耦合效率chiral–directional coupling efficiency，CDCE，并通过近场激发产生谷（自旋）极化激子通量。
除了线性波导，多功能纳米光子制造方法，可以将过渡金属硫化物TMDCs与更复杂的光子结构连接，其中器件几何形状和尺寸仅，受先进光刻技术限制，使光子环调制器和干涉仪，以及光子晶体中的激子-极化激元成为可能。
结合二维材料大面积生长、剥离和组装的最新进展，这将提高异质结构产量和可扩展性，超越目前限制，这项工作，为其与纳米光子电路的确定性、晶圆级集成，建立了一个通用平台。
重要的是，该界面的可调手性（以前在其他手性光学界面中无法获得）依赖于过渡金属硫化物TMDC单层中激子态掺杂相关的谷动力学。多层和扭曲的范德瓦尔斯异质结构，展示了设计的、奇异的谷特性，也可以与这种波导界面相结合，用于额外手性功能，如栅极可逆发射路由，并提供基于二维材料的新光子逻辑和控制方案。
此外，原子薄半导体中，激子扩散的纳米光子驱动，在分布式光子元件和局部激子电路之间建立了一座桥梁。此外，通过手性过渡金属硫化物TMDC–光子界面的近场光泵浦，可用于产生单层中驻留电荷载流子的自旋极化。这种光学制备的自旋极化电子态，对载流子掺杂水平敏感，可以打破界面时间反演对称性，实现集成纳米光子结构中的栅极激活全光非互易性。
文献链接：https://www.nature.com/articles/s41566-022-00971-7
DOI: https://doi.org/10.1038/s41566-022-00971-7
本文译自Nature。
由于海泡石晶体形态为纤维状，内部多孔，表面积大，吸附性强，具优良的抗盐性和耐热性，其用途非常广泛，据国内外资料统计，其用途已有130多种，成为世界上用途最广的原物原料之一。海泡石的主要用途见表9－2。
表9－2 海泡石的主要用途
续表
1.泥浆材料
海泡石呈纤维状，孔隙度高、易分散，对电解的灵敏度很小，具有良好的抗盐性和耐热性，是当前最好的特殊泥浆材料，是地热钻进、盐类地层钻进、海洋钻进等各种特殊钻井中最理想的泥浆材料。按OCMA标准，抗盐粘土在饱和盐水中的适浆率为12.5m3/t。海泡石含量30%～73%的粘土，饱和盐水中的适浆率为12.8～15.5m3/t。使用氧化镁、马来酸酐与乙烯的共聚物等作添加剂，可提高海泡石保水性能，提高其造浆率。
2.油脂脱色剂
当用海泡石处理油类物质时，海泡石的作用是除臭、脱水、中和和脱色。尤其是当海泡石粘土经酸、热活化处理后，具有更为优良的吸附脱色性能，用于植物油、煤油、20号机油、废船泊油的脱色效果显著，其脱色力远优于用膨润土生产的活性白土。在普通漂白土中添加少量的海泡石还能改进过滤特性。海泡石对棉籽油有强漂白作用。植物油中的有色化合物通常是叶绿素、叶红素、叶黄素之类，其分子体积较大，不能渗入海泡石的孔隙。矿物油中的有色化合物为简单分子，通常是环烷衍生物，能够进入海泡石的孔隙。海泡石具有良好的漂白性能可归因于它具有很大的表面积和物理、化学吸附性能。海泡石用于油类脱色剂时，一般用量为1%～2%，但 *** 作条件则视油的种类而定。工作温度为90～110℃，因较高的温度可降低油的黏度和促进化学吸附作用。接触的时间一般是35～40min。
作为活性白土的质量要求为:脱色力>150，游离酸<0.20%，水分5.0%～13.0%，粒度200目。
3.有机海泡石
利用海泡石的离子交换性(结构中Al3+取代Si4+后出现负电荷，结构边缘破坏形成不饱和电价需阳离子来平衡电价)与有机物作用，形成的有机海泡石，在非极性如油类物质介质中有较高的分散能力，且呈稳定的胶体，可用于油基涂料、油类化妆品、润滑剂、油水钻井泥浆的增稠剂、黏度调节剂、悬浮剂和乳胶稳定剂。
4.吸收剂
海泡石不但是水和油的良好吸附剂，而且对湿气和有机蒸气也有很高的吸附能力。尤其是对乙烷、苯、甲醇一类的有机溶液及金属离子亦有很强的吸附能力。
(1)海泡石用作含重金属离子废水处理吸附剂
以海泡石精矿和硅溶胶为基本原料，加水混炼成型、焙烧活化后制成的吸附剂，对金属离子除去率高，特别是对铅的吸附效果特别好，除去率可达95%以上，优于活性炭、活性白土、硅胶、氧化铝等吸附剂，且具有吸附速度快、价格便宜、能回收再生等性能以海泡精矿与一定量的腐殖酸，加水充分混炼成泥状，挤压成2mm短柱或直径为3mm的球状，经低温焙烧、空气冷却等流程制成的含铬废水处理吸附剂，对含铬废水处理效果极佳。海泡石原土也可做吸附剂使用，当其被加热至200～300℃脱去其吸附水和沸石水后，在不明显降低其表面积的情况下吸附性能将增强。
(2)海泡石除臭剂
在实验室以及工业生产中产生的各种含酸废气，环保部门多采用烧碱、KOH、消石灰、碳酸钙、K2CO3等的水溶液、浆剂或者直接使用碱性固体物吸收除去。利用海泡石的吸附性和多孔性、黏性大的性质，以海泡石加消石灰等为原料，经混练加工成条状制成的酸性气体吸收剂，对SO3、HF气体的净化效果特好，对废气的净化效果优于现行各项净化方法，加工使用方便，价格低廉。
利用海泡石对臭气分子有很强的吸附能力，特别是对生物的排泄物、腐烂味和具尸臭味的1，4－胺丁烷和1，5－胺戊烷以及包含在排泄物臭气中的吲哚和丁烷一类，具有速效吸附特性，采用以改性后的海泡石为主料配以一定量的磷酸和其他吸附剂材料制成的海泡石除臭剂，经试验效果极好。按40g海泡石/m3的比例使用时，能使氨的环境浓度从100×10－6降至8×10－6。因此，海泡石适用于动物集中的饲养场，来控制氨的污染程度。
(3)清洁剂
海泡石系列清洁剂包括:①海泡石洗发膏:由海泡石精矿浆添加洗涤剂、增泡剂、防腐剂、香料、色素等原料制成。②清洗剂:以海泡石精矿浆加十二烷基苯磺酸钠、草酸、色料等配置而成，适用于卫生间搪瓷、陶瓷设备及地面用清洗。③金属清洗剂:以海泡石精矿浆为主料，加少量碳酸钠、十二烷基苯磺酸钠等制成，用于发动机、机床等金属机件的清洗，去油污效果好，对零件无腐蚀，不刺激皮肤，棉纱消耗少，适用于一般钢件及机床的清洗，对清洁油手套、油工作服效果亦好。
(4)海泡石冰箱吸味剂
该吸味剂除臭快，效果好，能反复再生使用。
(5)卷烟焦油吸附剂
香烟滤嘴如纤维素醋酸盐滤嘴等，只能机械滤掉悬浮于烟雾气体中的微粒，而不能吸附气体使用活性炭滤嘴，因其具有大的吸附表面积，可以无选择地吸附香烟烟雾中的气体物质。用海泡石作香烟滤嘴时，可将有害健康的极性气体化合物如氨腈、丙酮、丙烯醛等优先吸附掉，而对增加烟草香味的微极性化合物如甲基呋喃、二甲基呋喃或萜二烯等，则吸附甚少。因此，利用提纯后的海泡石作添加剂制成的卷烟焦油吸附剂，可使卷烟焦油余量由中焦油降为“低焦油”，易达到低于12mg/g的国际标准。这种利用天然矿物做吸附剂降低焦油的方法，较之活性炭等更为优异。海泡石作卷烟焦油吸附剂使用时，需对其进行加热加酸处理，以改变其内部结构、孔隙度及表面酸中心的性质和数量，使之成为性能更好的吸附剂。
(6)海泡石干燥剂
以海泡石精矿与少量添加剂经混炼成型等工序制成的干燥剂，经200℃左右烘干活化即成。与通常使用的硅胶干燥剂相比较，在同一吸湿环境下，硅胶的吸湿率为25.90%而海泡石干燥剂为48.94%，且反复再生后吸湿率仍可达25%原料价格低廉，加工工艺简单。其缺点是吸湿后机械强度降低。
5.涂料填料及增稠剂
在水性涂料中加入海泡石，能增加涂料的悬浮性而不至于沉淀，涂料具有耐洗刷性、耐水浸泡性、耐碱、黏结强度高、涂层坚韧致密、光泽柔和等特点，是良好的防水防潮涂料填料。海泡石也可用做制造膏状涂料及聚醋酸乙烯乳胶漆的添加剂。
6.海泡石保温涂料
利用纤维海泡石做主要原料，可生产出新型保温涂料，使用温度可达600℃，保温效果好，施工方便，无毒无害。
7.在复写纸(CNR纸)中的应用
海泡石是理想的催化载体，在纸的正面涂海泡石，反面涂一层无色的中间颜料，如CVL(晶体紫罗兰甲醇)或三色BLMB(n－无色亚甲基苯甲醛)的薄膜。经书写或打字等加压，使颜料薄膜破裂而渗入到海泡石涂层中，由于海泡石四面体中的Al3+取代Si4+，而出现Lewis酸中心，因而是很好的显色物质，在颜色显现后，海泡石的表面能使得颜料分子吸附其上，固定并能保持颜色不变。
8.橡胶填料及补强剂
以海泡石精矿为橡胶补强填料，可代替白炭黑(沉淀二氧化硅)作橡胶补强剂，它特别适用于扯断伸长率要求较高的橡胶制品。有人通过实验验证，用海泡石全部代替白炭黑生产的蓝色鞋大底，各项强度指标超过一级品规定指标，耐磨性还得到了改善，且成本比白炭黑降低，是实用的补强填料。
9.作饲料添加剂
利用海泡石具有吸附性、自由流动性、抗胶凝性、化学惰性及无毒性等性能，可生产海泡石饲料添加剂，经牲畜饲养结果表明，可降低饲料消耗6.1%，缩短饲养期15～20天。
10.作电焊条药皮配料
焊条原料主要由人造金红石、碳酸盐、锰铁及Al2O3构成。应用海泡石粘土和天然钛铁矿作为药皮配方的主体材料，加入适量的有机质(木粉、淀粉等)作还原剂，并辅以其他材料，可形成“钛铁矿－海泡石粘土有机物”为主体材料的新型电焊药皮配方体系，制成的电焊条美观，可减少电火花，降低还原钛铁矿用量，减少成本等。
11.海泡石复合肥料
海泡石复合肥料由氮、磷、钾三种养分加海泡石粉混合而成。对土壤具有保水保肥等性能。
12.纳米反应器
海泡石晶体结构中具有的纳米级通道，就像“纳米试管”一样，具有同样的大小和形态，为形成尺寸一定、分布均匀及有特定空间构型的半导体团簇的合成提供了很好的场所(模板)。因此，国外利用此类矿物的纳米通道结构组装量子线的研究非常活跃，把这些矿物的纳米通道结构作为“微型的纳米反应器”。国外正在进行海泡石的纳米通道结构中组装CdAs半导体和发光体量子线的研究，并发现了特殊的纳米效应和性能，为量子纳米器件的组装奠定了基础。
13.催化剂载体
工业用催化剂，要求具有一定的强度、良好的热稳定性及大的比表面积。在pH值为7时，用金属盐处理海泡石时，催化剂能浸满海泡石表面，也能置换海泡石结构中八面体片的部分Mg2+。因此，海泡石可作为Zn，Cu，Mo，W，Fe，Co和Ni等金属离子的载体做催化剂。
负载了Mn，Mg，Cu或Zn的海泡石催化剂，可用于从乙醇中生产丁二烯。负载了Al和Mg的海泡石催化剂，可用于从甲醇中提取烃。负载了Ni或Co的海泡石催化剂，可用于氢催化裂解含10个或10个以上碳原子的n－链烷。
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