中國粉體網訊 黑磷是常見的三種磷同素異形體(紅磷、白磷和黑磷)中,形態最為穩定的一員。與石墨類似,黑磷的結構使其可以制備二維黑磷晶體。二維材料的某些性質是塊體材料所沒有的,目前石墨烯、二維過渡金屬硫化物都是這個領域的先行者。單層黑磷優異于石墨烯和二維過渡金屬硫化物的性能主要體現在半導體和光電性能。
黑磷的制備。
黑磷將來能否實現在電子學和光子應用很大程度上取決于是否發展出能夠可靠、大規模合成制備二維黑磷的方法。二維黑磷的制備分為兩部分,首先是塊狀黑磷的制備,其次是二維黑磷的制備。
獲得高質量的二維黑磷是最為關鍵的制備環節,研究的思路類比于結構相似的石墨烯制備,主要的研究集中于近兩年。所以二維黑磷的制備仍在研究初步階段,產業化尚需時日。目前制備二維黑磷的方法主要有三種:機械剝離法、液相剝離法、脈沖激光沉積法,其中機械剝離法是最常用的方法。
應用領域。
2014年以來,黑磷由于其優異的性能,開始獲得廣泛關注,甚至被認為能與石墨烯相媲美的二維原子材料。
二維黑磷最特別的價值體現在它與其他二維材料材料不同的三個方面。
(1)光學性質方面:研究顯示,黑磷在近紅外以及中紅外光電器件領域,如光探測器、調制解調器、發光二極管,有應用潛力。此外,單層的黑磷光響應波段能夠包含較廣的范圍,并且能夠和電磁波發生強烈的相互作用,能夠在醫藥、國防、通信、夜視、熱成像技術和近紅外、中紅外以及可見光區的光通信等領域有重要應用。
(2)電學性質方面:黑磷具有較高的遷移率/開關比,使其能應用到石墨烯力所不及的場效應晶體管中。目前,第一代的高速黑磷晶體管受益于黑磷獨特的帶隙性質帶來的良好電流飽和性能,在電壓和功率增益上顯示出優越的電子輻射頻率。未來預期在納米電子學器件會有更大的應用。
(3)平面內各向異性:黑磷最獨特的性質是平面內很強的各向異性,其正交晶系的D2h點群中,沿著縱向的鋸齒型的有效載流子是沿著橫向結構的十倍。這一性質使得黑磷用于設計新型的電子學和光子學器件成為可能,新的研究方向已在探索中。目前,研究者已經開始探索黑磷等離子器件外加光電子的獨特偏振性質,以及在熱電器件上的應用。
