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黑磷来了!石墨烯怕吗?
2015-07-16 10:07:22 作者:本网整理来源:

  石墨烯作为一种奇迹材料,被誉为电子产品的未来。但现在它的一个“亲戚”—黑磷,具备低成本的制造工艺,有望替代石墨烯,成为下一个新材料金矿。

  磷作为元素周期表中第十五号元素,其化合物通常具有化学发光性质,或者通过化学反应产生大部分无热光。

  黑磷,一直很难制备但在纳米电子学领域具有应用前景,这与二维(单原子厚)神奇材料—石墨烯非常类似。同石墨烯一样,黑磷在制备过程中也存在难以克服的困难,它有多层结构,为了得到所期望的二维片层,这些多层需要通过剥离工艺一层层分离开。

  据国外媒体报道,都柏林三一学院的材料学家最近成功解决了这个问题。他们发现,通过将黑磷浸没在溶液中,然后用声波轰炸它,而不是通过层层剥离,可以达到同样的效果,并且整个过程更容易、更便宜。结果:层状结构松动分离,得到只有几个原子厚的黑磷片层。

  迄今二维材料的奇异世界一直被石墨烯统治着,当石墨烯降低到一定厚度时,其导电性会达到一个极端的程度,强于凯夫拉(誉为地球上最强的材料),有望作为过滤器排从空气中吸收氢燃料。

  目前,仅石墨烯的应用就有超过7000项专利,大部分被科技巨头苹果和索尼占有。石墨烯可以说是新的硅,但并不是具有这种性质的唯一材料。

  黑磷有带隙,而石墨烯是所谓的零隙半导体。黑磷,作为可调半导体,在电子设备中或许有更多的应用:晶体管、传感器、太阳能电池、开关、电池电极等。其中一些应用已经被测试,效果非常好。同石墨烯一样,黑色的磷也不容易大量生产。

  研究人员表示,虽然黑磷纳米片已经通过液体剥离量产,此法仍然存在问题,主要是因为黑磷纳米片不稳定,会与水或氧气反应。必须通过有效途径,液体环境稳定剥离纳米片,防止氧化。N-环己基-2-吡咯烷酮经实验证实,就是研究人员要找的溶液,N-环己基-2-吡咯烷酮已在电子制造领域广泛应用。

  黑色磷的确是黑色的,不像它的同素异形体能发光,但它对光线的分散效果确实非常好,甚至优于石墨烯。正因为如此,它非常适合应用于光电领域。全新的明星材料,正在绽放光芒。

  科学家不断的寻找能够使芯片上集成更多晶体管的材料,麦吉尔大学和蒙特利尔大学的新研究进一步证明,黑磷可能成为一个强有力的候选者。

  今天在自然通讯上发表的一项研究中,研究人员报告说,当电子在磷晶体管中移动时,他只在两个维度上进行。这一发现表明,黑磷能帮助工程师克服未来电子产品的一个具大挑战:设计高能效晶体管。

  这项工作是Szkopek的纳米电子学研究小组与麦吉尔物理系纳米科学实验室的Guillaume Gervais教授,以及蒙特利尔大学化学系Richard Martel教授的纳米结构研究小组的多学科协作。

  “世界上对黑色磷产生了巨大的新兴的兴趣,”Szkopek说。 “我们仍然还有很长的路要走才能看见原子层晶体管变成商业产品,但现在我们已经更近了一步。”
 

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