淺談黑磷二維晶體材料的制備

黑磷是什么?

黑磷、白磷互為同素異形體，位于元素周期表15位，元素符號P。黑磷因其具有黑色金屬光澤而著稱，英文名稱Black Phosphorus，簡稱BP， 它可通過白磷在高溫高壓作用下轉(zhuǎn)化而形成，也可通過CVT法制備的。

黑磷的屬性？

黑磷具有正交結(jié)構(gòu)，且是反應(yīng)活性*的磷同素異形體。其晶格是一個相互鏈接的六元環(huán)，每個原子都與其他三個原子相連。黑磷在常溫常壓下是一種熱力學(xué)穩(wěn)定的磷的同素異形體，因此黑磷難以制備，一般是通過將白磷在高壓條件下(12000 atm) 加熱制得。黑磷呈現(xiàn)黑色、片狀，并能導(dǎo)電，鏈接原子呈褶皺的片狀。在層狀黑磷結(jié)構(gòu)中的聲子、光子和電子表現(xiàn)出高度的各向異性，在電子薄膜和紅外線光電子上有重大潛在應(yīng)用價值。

常見的黑磷有四種：斜方、菱形、立方和無定形。無定形的黑磷在125℃向紫磷轉(zhuǎn)變。黑磷具有類似石墨的片狀結(jié)構(gòu)（波形層狀結(jié)構(gòu)）。層之間的鍵合比層內(nèi)的鍵合弱，與石墨相似，具有導(dǎo)電性。

黑磷是一種二維直接帶隙半導(dǎo)體，具有的光電性質(zhì)，但是在自然環(huán)境下被氧化分解，并吸水發(fā)生潮解，表面形成磷酸。這嚴(yán)重了對黑磷本征物理、化學(xué)性質(zhì)的深入研究和應(yīng)用研究。

黑磷與石墨烯區(qū)別？

與石墨烯大不同在于，黑磷存在能隙，可通過控制黑磷層片的數(shù)量來調(diào)節(jié)，而石墨烯沒有能隙。那能隙是什么呢？在半導(dǎo)體中，由于能隙的存在，半導(dǎo)體只有吸收足夠的能量才會呈現(xiàn)出另一種狀態(tài)，即在半導(dǎo)體原件中可以表示0和1。如果沒有能隙存在，很難表示數(shù)字電路中的邏輯狀態(tài)。

黑磷的制備及成本？

黑磷難以制備，難以保存。目前可以P為原料，采用高溫高壓法制備，然后將得到的黑磷塊體剝離成可制備納米材料的原子厚度的薄片，但由于溫度和壓力不易控制，且剝離過程產(chǎn)率較低，合成黑磷納米片的成功率不高。而更不幸的是，黑磷暴露在空氣中后，會和空氣中的水蒸氣和氧氣反應(yīng)，性能會大打。黑磷烯，即單層或多層黑磷（類似于石墨烯）。所以同石墨烯一樣，黑色的磷也不容易大量生產(chǎn)。如果解決了這些問題，硅時代可能要改名叫黑磷時代了。黑磷將來能否實(shí)現(xiàn)在電子學(xué)和光子應(yīng)用很上取決于是否發(fā)展出能夠、大規(guī)模合成制備二維黑磷的方法。

二維黑磷烯的制備分為兩部分,是制備塊狀黑磷,其次是將其剝離成二維黑磷烯。獲得的二維黑磷是關(guān)鍵的制備環(huán)節(jié),研究的思路類比于結(jié)構(gòu)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(chǎn)業(yè)化尚需時日。目前制備二維黑磷的方法主要有三種:機(jī)械剝離法、液相剝離法、脈沖激光沉積法,其中機(jī)械剝離法是常用的方法，液相剝離法是較為常用的方法。

二維黑磷的制備分為兩部分，是塊狀黑磷的制備，其次是二維黑磷的制備。

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