Calciumionen zijn aanwezig in gesteenten, botten, schelpen, biomineralen, geologische afzettingen, oceaansedimenten, en vele andere belangrijke materialen. Calciumionen spelen ook een belangrijke rol bij het vasthouden van koolstofdioxide in natuurlijk water, waterhardheid, signaaltransductie en weefselgeneratie. Als een van de aardalkalimetalen, het calciumatoom heeft twee valentie-elektronen volgens de octetregel. Tot nu toe, de enige bekende valentietoestand van calciumionen onder omgevingsomstandigheden is +2, en de overeenkomstige kristallen met calciumionen zijn isolerend.

Door gebruik te maken van cryo-elektronenmicroscopie, wetenschappers rapporteerden de directe waarneming van tweedimensionale (2-D) CaCl-kristallen op membranen van gereduceerd grafeenoxide (rGO) onder omgevingsomstandigheden, die alleen eenwaardige (d.w.z. +1) calciumionen vertonen. Opmerkelijk, metaalachtige in plaats van isolerende eigenschappen worden weergegeven door die 2-D CaCl-kristallen, en interessanter, ferromagnetisme bij kamertemperatuur, resulteerde grafeen-CaCl heterojunctie, naast elkaar bestaan ​​van piëzo-elektriciteit en metalliciteit, samen met het duidelijke waterstofopslag- en afgiftevermogen onder omgevingsomstandigheden worden experimenteel aangetoond.

Opgemerkt moet worden dat conventioneel, metalen materialen vertonen over het algemeen geen piëzo-elektriciteit. Dergelijk onverwacht piëzo-elektriciteit-achtig gedrag van de metalen CaCl-kristallen wordt veroorzaakt door de abnormale 2-D CaCl-structuur dat de structuur metallisch is vanwege het monovalente gedrag van de CaCl-ionen enerzijds, en aan de andere kant heeft de structuur twee elementen (Ca en Cl) met verschillende elektrische effecten onder druk- of trekbelasting. Daarom, de 2-D CaCl-kristallen zijn een nieuw materiaal dat zowel een metaalachtig karakter als piëzo-elektrische eigenschappen heeft, en zullen nieuwe toepassingen hebben als transistors tot op atomaire schaal en in nanotransistor-apparaten.

Voor zover we weten, ferromagnetisme bij kamertemperatuur is nooit waargenomen voor een metaalelement uit de hoofdgroep. Theoretische studie onthult dat de mogelijke oorsprong van dergelijk ferromagnetisme bij kamertemperatuur de rand- of defecteffecten van de CaCl-kristallen zijn, waar er een ongepaard valentie-elektron is in Ca+, dan wordt verwacht dat elk metalen element ferromagnetisme bij kamertemperatuur heeft door de overeenkomstige abnormale 2-D-kristallen te vormen.

Theoretische studies tonen aan dat de vorming van dergelijke abnormale kristallen wordt toegeschreven aan de sterke kation-π-interacties van de Ca-kationen met de aromatische ringen in de grafeenoppervlakken. Omdat er ook sterke kation-π-interacties bestaan ​​tussen andere metaalkationen (zoals Mg ²⁺ , Fe ²⁺ , Co ²⁺ , Cu ²⁺ , CD ²⁺ , Cr ²⁺ en Pb ²⁺ ) en grafietoppervlakken, soortgelijke kristallen met abnormale valentie van andere metaalkationen worden verwacht.

Deze bevindingen vertegenwoordigen niet alleen een doorbraak in 2D-kristallen met een abnormale kation-anionverhouding, nieuwe valentie van kationen, en onverwachte geleidbaarheid, maar bieden ook baanbrekende werken in materiaal, biologisch, chemische en fysische toepassingen. De eigenschappen en het gedrag van 2D-kristallen breken met de algemene kennis over dit wijdverbreide element in het dagelijks leven, en ze zullen zeker de aandacht trekken en snel nadenken over de opwindende toepassingen ervan op verschillende gebieden.

Deze eigenschappen en gedragingen van de 2D-kristallen zullen ook de toepassingen voor het gefunctionaliseerde grafeen sterk uitbreiden. Verder, gezien de brede verspreiding van metallische kationen en koolstof op aarde, dergelijke 'speciale' verbindingen op nanoschaal met voorheen niet-herkende eigenschappen kunnen alomtegenwoordig van aard zijn.