یکی از روش های طبقه بندی نانومواد، طبقه بندی ابعادی است. نانو مواد به صورت صفر بعدی مانند نانوذرات. تک بعدی مانند نانولوله ها و نانو سیم ها، نانو مواد دو بعدی مانند گرافن و سه بعدی که شامل نانوکامپوزیت ها میشود، تقسیم میشوند. نانو مواد دو بعدی دارای بالاترین سطح ویژه در بین تمام مواد شناخته شده هستند. نانو مواد دو بعدی دارای ساختار لایه ای با پیوندهای درون صفحه ای قوی و واندروالس ضعیف بین لایه ها هستند.
در سال‌های اخیر، از زمان کشف گرافن تک لایه در 2004 مواد دو بعدی به دلیل خواص متمایز آنها نسبت به نمونه بالک توجه فوق العاده ای را به خود جلب کرده اند. جداسازی گرافن به عنوان مرجعی برای همه مواد 2 بعدی تبدیل شد و امکان کشف مواد بیشتر را فراهم کرد. امروزه ده ها ماده دو بعدی جدید مانند ،نیترید بور شش ضلعی (HBN) و دی‌کالکوژنیدهای فلزی (MX2)، اکسیدهای فلزات واسطه (TMOs)، خاک رس سیلیکات، به دلیل خواص و کاربردهای گسترده‌شان در الکترونیک، اپتوالکترونیک، کاتالیزورها، تأسیسات ذخیره‌سازی انرژی، حسگرها توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند.
ترکیب و ساختار بلوری نانو مواد دو بعدی به طور قابل توجهی متفاوت است، اما می توان آنها را به عنوان نانو مواد دو بعدی لایه ای و نانو مواد دو بعدی غیر لایه ای طبقه بندی کرد. در نانومواد لایه‌ای، اتم‌های روی صفحه با پیوندهای شیمیایی قوی در هر لایه به هم متصل میشوند، لایه‌ها روی هم قرار می‌گیرند تا از طریق یک برهمکنش ضعیف واندروالس، کریستال‌های حجیم را تشکیل دهند یک نمونه معمولی از مواد لایه ای گرافیت است. از دیگر مواد لایه ای می توان به سیلیکات اشاره کرد.
دو روش کلی برای ساخت مواد دو بعدی
روشهای بالا به پایین (Top-Down)
روشهای پایین به بالا (Bottom-Up)
کاربردهای نانو مواد دو بعدی
سنسورها و ترانزیستورها(Transistors and sensors)
ترانزیستورهای اثر میدانی (FETs) از انواع مواد نیمه هادی دو بعدی مانند TMDCs و فسفر سیاه ساخته می شوند. تحرک شارژ خوب و فاصله باند متوسط آنها را نامزدهای خوبی برای این کاربرد می کند. گرافن به عنوان کانال فعال در ترانزیستورها با اعمال میدان های الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد. مزیت مواد دو بعدی نسبت به سیلیکون معمولی انعطاف ذاتی آنهاست. در ترکیب با بسترهای مناسب، می توان از مواد دو بعدی برای ایجاد مدارهای انعطاف پذیر استفاده کرد. در حالی که هنوز مشکلاتی در مورد تولید در مقیاس زیاد لایه‌های دو بعدی با کیفیت بالا وجود دارد، ترانزیستورها یکی از امیدوارکننده‌ترین کاربردها هستند. حسگرهای مبتنی بر FET از TMDCهای دو بعدی ساخته شده‌اند که می‌توانند طیف وسیعی از مواد شیمیایی را در محدوده از جمله تری اتیل امین، اکسید نیتریک، آمونیاک و دی اکسید نیتروژن را تشخیص دهند.
بایوسنسورها
نانو مواد دو بعدی با پایداری خوب و فعالیت‌های کاتالیزوری قابل تنظیم کاربرد مفیدی را برای تشخیص رنگ‌سنجی در شرایط آزمایشگاهی فراهم می‌کنند. اخیراً، سنجش‌هایی برای بیوآنالیت‌های مختلف مانند مولکول‌های کوچک، سلول‌های سرطانی پیشنهاد شده است. ساختار لایه‌ای آنها، که نسبت سطح به جرم بالا، دریافت سلولی کافی و مسیرهای عملکرد شیمیایی را امکان‌پذیر می‌سازد، به آنها اجازه می‌دهد تا به عنوان بستری برای تحویل دارو در درمان‌های مختلف مانند شیمی‌درمانی عمل کنند.
مهندسی بافت
زیست سازگاری، انعطاف‌پذیری و خواص ضد باکتریایی مواد دو بعدی مبتنی بر گرافن می‌تواند داربستی برای مهندسی بافت برای بازسازی عصب ، مهندسی بافت غضروف مفصلی و جلوگیری از رشد باکتری در بافت‌های دندانی فراهم کند. علاوه بر این، بر اساس پایداری مکانیکی آن، می توان از آن در بافت هایی که نیاز به سفتی دارند مانند مهندسی بافت استخوانی استفاده کرد.
الکترودهای باتری
یکی از نانوساختارهای دو بعدی که در نانوسیستم‌های دارورسانی مورد ارزیابی قرار می‌گیرد، نانوصفحات هیدروکسید دو لایه‌ای (LDHs) است. در واقع، با توجه به نتایج چندین مطالعه اخیر، این نانوصفحات عملکرد فوق‌العاده‌ای را در درمان‌های سرطان به عنوان نانوحامل از خود نشان می‌دهند.
الکترودهای باتری‌های یونی و ابرخازن‌ها به مواد رسانای الکتریکی با سطح بالایی برای ذخیره چگالی بالای یون‌ها نیاز دارند. گرافن به عنوان جانشین احتمالی الکترودهای گرافیتی به دلیل نسبت سطح به جرم بالاتر، رسانایی بالاتر، استحکام مکانیکی بیشتر و انعطاف‌پذیری که می‌تواند منجر به باتری‌های قوی‌تر و سبک‌تر شود، مورد توجه قرار گرفته است.
عایق های توپولوژیکی
عایق های توپولوژیکی (TIs) موادی هستند که به عنوان عایق عمل می کنند. به جز در لبه های خود که می توانند الکترون ها را با راندمان بالا هدایت کنند، الکترون هایی با اسپین های مخالف در اطراف لبه ها در جهت مخالف حرکت می کنند. TI ها ممکن است کاربردهای عملی در دستگاه های الکترونیکی و اسپینترونیک کم مصرف پیدا کنند.