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当今在石墨烯产业蓬勃发展之际Q一U有望超石墨烯的“梦qL料”被发现。这U材料称之ؓ黑磷Q是一U二l单晶结构材料,h诸多优异Ҏ。目前,国际有关黑磷材料的研I已取得阶段性成果,不久的将来有望进入工业化应用阶段?
?比肩矛_烯的梦新材料——黑?
黑磷是磷的一U同素异形体Q结构上有块状和二维单晶l构2U。目前正在研I的可与矛_烯媲的“梦qL料”ؓ二维单晶l构黑磷。黑单层二l单晶称为磷烯,
黑磷二维单晶片层由双层原子组成,厚度Z个原子,h天然带隙Q与有较好的相Ҏ。黑L直接带隙可随层数调节Q可在绝~和导电2U状态中转换Q加上黑L子迁U速度快,有望在光电领域得到广泛应用。而且Q黑L直接带隙使其光学性能优越Q可以和光直接耦合Q构{新一代光电器件。黑h独特的力学、电学和热学各向异性,在多个领域展现出巨大的应用潜力?
黑磷的致命缺h~ZE_性。当接触水和氧气Ӟ黑磷片层会在极短旉内氧化进而降解。这一~陷极大地限制了黑磷的研I和工业应用?
q两q来Q国内外在黑P主要指磷烯)l构性能、制备与应用斚wq取得很多研究成果。在制备斚w主要有机械剥L、液相剥L及化学合成法。机械剥L法可对磷烯的厚度q行控制但难以获得特定尺寸的LQ液相剥L则可获得晶体l构完整、没有缺陗一l尺寸可控的薄层LQ化学合成法则可制备出高U度、大寸LQ且制备周期短,q是以上两种Ҏ难以辑ֈ的?
黑磷作ؓ一U新的二l材料,被视解决矛_烯性能上存在的一些问题的材料。黑具有独特的几何及电子结构和优异的性能Q在晶体、传感器、太阌甉|及光电子器g{领域应用前景广阔?
1场效应晶体管
L是一U带隙gؓ2eV的直接带隙半gQ且其带隙的大小可通过改变原子层数来调节,Lh高的载流子迁UȝQؓL场效应晶体管的实现提供了理论依据?014q_复旦大学的张qL团队利用层L实现了高速场效应的应用试Qؓ研究黑磷的广泛应用拉开了序q?
q两q_有研Ih员研I了Si/SiO2Z上的薄层L晶体的载流子迁UȝQ发现室温下L场效应晶体管的蝲子q移率达300qx厘米/(?middot;U?。研Ih员又对薄层磷烯场效应晶体的性能研究发现Q晶体管的蝲子q移率与L厚度有关Q当L厚度于10U米时蝲子q移率可?000qx厘米/(?middot;U?。薄层磷烯是一U在电子器g领域极具应用潜力的二l材料?
2光电子器?
׃黑磷是带隙较H的直接带隙P型半gQ因此在光学和光电子领域h很大的应用前景。研Ih员对L的各向异性光学性能q行W一性原理研I表明,L能吸收包括红外光和部分可见光沿扶手椅方向的偏正光Qƈ透射沉K齿方向的偏正光,q得该材料在线性偏振器斚wh潜在应用价倹{研Ih员还通过采用原位表面掺杂技术研IK掺杂L后其带隙的变化,l果表明L在制备光电子器g斚w实是一U很有前途的材料?
3生物应用
h二维层状l构的超黑量子点作ؓ另一UŞ式的二维材料展现了独特光学属性,同时因ؓh生物体内必须的元素,使其在生物医学领域的应用h无可比拟的优ѝ研Ih员采用联合探头超声和水ʎ声的液态剥L制备了黑量子点Q该小黑磷量子点展CZ优异的近U外光学性能和良好的生物相容性,q能显著杀死肿瘤细胞,拥有作ؓ高效光热剂用于癌症治疗的巨大潜力?
4光通信领域
2016q?月,国国家U学基金会授予阿肯色大学物理学家46.7万美元基金,用于研究薄材料黑磷在光通讯领域的潜力。该目针寚wh子(半导体吸收光后,电子׃朝着能量向上UdQƈ留下一个空I_电子和空I结合,形成Ȁ子)q行建模q观察它的行为,从而实现在Ȁ子消失前对其操控的可能性?nbsp;
黑磷?014q由国和中国的研究组发现的一U新型梦qL料。目前,国内外研Ih员在黑磷材料的理论基、制备工艺和应用探烦斚w已取得阶D|研I成果,为黑h术走向工业化应用奠定了基?
1国外q展
国率先在黑LI与应用领域开展工作,斯坦大学、西北大学、普渡大学、内布拉斯加大学{研I机构的研究人员先后在黑L构性能、制备和应用领域取得重要q展Q?