与材料组成和结构一样，尺寸（维度和尺度）同样可以调控材料性能。例如，2010和2023年的诺贝尔物理和化学奖分别授予二维材料和胶体量子点方面的开创性工作，凸显了材料维度和尺度的重要性。
国家纳米科学中心张勇团队致力于极小尺度材料的物理制备及性能研究。前期，提出了二元协同球磨方法，将球磨极限推进至量子尺度；开发出全物理方法，实现了量子尺度材料的普适和规模制备。相对于狭义方法（盐辅助球磨，Nano Lett. 2017, 17, 7767），广义方法（硅球辅助球磨，Mater. Horiz. 2019, 6, 1416; Nanoscale 2021, 13, 8004）具有更多优势。层状材料（Mater. Horiz. 2019, 6, 1416）、非层状材料（Nanoscale 2021, 13, 8004）、非平面层状材料（ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 47784）、非范德华层状材料（J. Phys. Chem. Lett. 2022, 13, 3929）等都能够通过广义方法达到量子尺度（Small Sci. 2023, 3, 2300086）。性能研究方面，揭示了材料性能（荧光、非线性光学、电催化、载流子动力学）随材料尺寸的变化规律（Mater. Chem. Front. 2021, 5, 7817; Nano Today 2022, 46, 101592; Nano Lett. 2022, 22, 5651）。实现了（可见光波段）最高记录的非线性饱和吸收性能，以及非线性饱和吸收的超高响应与超低功率激发（Nanoscale Horiz. 2023, 8, 1686）。
近期，张勇团队联合刘新风课题组、郑强课题组合作攻关，提出了三元协同球磨方法，将球磨极限推进至亚纳米尺度，实现了亚纳米材料的普适制备。他们先以过渡金属二硫族化合物为研究对象，确立了三元协同球磨方法的有效性。单次循环制备产率分别为7.2 wt%（二硫化钼）和4.8 wt%（二硫化钨）。所得亚纳米二硫化钼/二硫化钨横向尺寸约为0.44和0.47 nm，厚度约为0.55和0.61 nm，从而证实了其亚纳米尺度。与纳米尺度和量子尺度相比，亚纳米尺度能够极大提升材料的荧光和非线性光学性能。他们再以石墨为研究对象，确立了三元协同球磨方法的普适性。同样操作，单次循环制备产率为2.3 wt%。所得亚纳米石墨烯横向尺寸约为0.54 nm，厚度约为0.37 nm，从而证实了其亚纳米尺度（破缺单胞状态）。考虑到上述制备策略的机械/力学属性以及单层石墨烯具有已知最高断裂强度，亚纳米石墨烯的成功制备证明了这一策略的高度普适性。亚纳米材料普适制备的实现，展示了自上而下物理制造的极限能力以及破缺晶格的真正潜力，为研究非平衡亚纳米材料的性质和相互作用奠定了重要基础，有望促进亚纳米材料的规模制备和全面开发。
相关研究成果分别以Sub-1 nm MoS2 and WS2 with extremely enhanced performance和Tailoring graphite into subnanometer graphene为题发表在Nano Today和Advanced Materials上。制备方法已申请中国发明专利。该研究工作得到了国家自然科学基金，中国科学院战略性先导科技专项和国家重点研发计划等的支持。
论文1链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1748013223003754
论文2链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202310022
图1. 亚纳米二硫化钼/二硫化钨物理制备。
图2. 亚纳米石墨烯物理制备。
