5533美高梅官方网站

图片 3
蒲惠智造:做中型迷你创建集团数字化建设好同伙

有关继续实行研发部门买卖设备增值税收政策策的公告

黑磷:当先石墨烯的“梦幻质感”氢“终极财富,”

近日,中国科学院深圳先进技术研究院研究员喻学锋和正高级工程师黄逸凡合作在高质量黑磷烯制备领域取得新突破,相关研究成果”Rapid
and scalable production of high-quality phosphorene by plasma-liquid
technology”以通讯快报的形式发表在国际化学期刊Chemical
Communications。论文第一作者是助理研究员黄浩,共同第一作者是博士康翼鸿,合作者包括教授朱剑豪、西班牙阿拉贡纳米科学研究所教授Ricardo
Ibarra
等。  黑磷烯作为一种带隙可调的直接带隙半导体二维层状材料,在光/电子器件领域具有极大的应用潜力。目前,制备黑磷烯的主要方法是液相剪切/超声剥离法,但黑磷本身杨氏模量较小,长时间剪切/超声会导致磷烯片层较小和缺陷增多,且易发生氧化,从而限制黑磷烯的应用。因此,开发出制备高质量大尺寸黑磷烯的高效方法对于黑磷烯的应用至关重要。不同于固体、液体和气体,等离子体是由离子、电子以及未电离的中性粒子的集合组成,整体呈中性的物质状态,又被誉为“物质的第四态”。作为一种绿色的工业技术,等离子体技术已被广泛应用于材料表面处理、纳米材料合成以及半导体制造领域。但利用等离子体技术来制备黑磷烯的技术路线尚未有报道。  前期,团队在黑磷烯液相超声制备(Advanced
Functional Materials 25 (45), 6996-7002)、离子插层(Small Methods,
1900083;Materials Horizons 6 (1),
176-181)等方向做了大量工作。在本项工作中,基于多年的黑磷烯制备经验和等离子体技术特色,团队自主设计出等离子体液相制备系统,包括电源模块、反应模块等。通过高压电源在阳极产生等离子体,作用于N,N-二甲基甲酰胺溶剂,等离子体中的活性粒子将N,N-二甲基甲酰胺分子分解,分解产物在电场驱动下对阴极黑磷晶体进行插层,同时在层间产生气体,弱化层间力,使得黑磷晶体快速膨胀,从而高效地制备出高质量大尺寸的黑磷烯。同时由于制备时间短,此方法制备的磷烯氧化程度低,展现出优良的光电响应性能,这为黑磷烯作为高性能电子材料的应用奠定了基础。  上述研究得到国家自然科学基金面上项目、中科院前沿重点项目、深圳市科技计划项目等的支持。

图片 1

:日本科学家开发的黑磷新材料,能够吸收可见光甚至近红外光,能够最大限度地提高光吸收和水分解的效率,利用全方位的阳光产生清洁的氢燃料;黑磷做催化剂驱动太阳能
氢“终极能源”名号终于名副其实

作者:MaterialsViews,翻译人:阿斯兰

图片 2

据MaterialsViews2月15日报道称,近日,澳大利亚昆士兰大学的Shapter与合作者开发了一种简单且快速的“自上而下”方案,即在近红外脉冲激光照射下使用涡流装置液相剥离制备少层黑磷纳米片。这种新型的剪切剥离方法制备时间短,获得的黑磷纳米片结晶度高,且具有原子层厚度。研究者将制备的黑磷纳米片添加到低温制备的氧化钛中,作为电子传输层,制备了低温加工的平板钙钛矿太阳能电池。研究发现,添加二维黑磷纳米片,电池的平均光电功率转换效率从14.32%提升到了16.53%。实验和理论计算结果表明,电池转换效率的提高是由于黑磷纳米片的高载流子迁移率,以及与钙钛矿层相匹配的能级位置,能够高效的提取和传输电子。这项工作不仅提供了一种制备二维黑磷的新颖的高效合成方法,而且开辟了黑磷在光伏器件中的应用新途径。

黑磷是磷的同素异形体中最稳定的一种,具有类似石墨的片状结构,单原子层厚度的黑磷又称为黑磷烯。元素周期表第15位,元素符号P。黑色有金属光泽的晶体,它是用白磷在很高压强和较高温度下转化而形成的。白磷是一种白色蜡状固体,遇光会逐渐变黄,所以又叫黄磷。也就是说,黄磷产品只要用适当的技术手段就能转化成黑磷,这可比获取石墨烯的成本和难度要低得多。黑磷有望成为新的热门半导体材料。在石墨烯产业蓬勃发展之际,另一种新型单元素二维原子晶体材料——黑磷被发现。与石墨烯类似,黑磷具有诸多优异特性,故被称为比肩石墨烯的’梦幻材料’。黑磷的应用不局限于光电领域,其在生物医学领域也具有优势如肿瘤治疗。

二维黑磷是继石墨烯之后一种新型二维半导体材料,自2014年发现以来,吸引了巨大的研究兴趣。二维黑磷具有范围可调的直接带隙,较高的载流子迁移率以及各向异性等特点,在晶体管、传感器、太阳能电池等领域具有重要的应用前景。与石墨烯类似,二维黑磷最初也是通过机械剥离法制得。这种方法实验条件简单,获得的黑磷晶体质量高,但是此法耗时且产量低,制备出的晶体尺寸不易控制,难以大批量可控制备。相较于机械剥离,液相剥离法可以在溶液中大批量制备二维黑磷。液相剥离主要通过探头超声、水浴超声等方式提供能量将块体黑磷剥离出二维晶体。当溶剂与黑磷之间的粘性大于溶液的内聚能时,剥离较为容易。通常使用较多的剥离溶剂是异丙醇与N-甲基吡咯烷。但是,通常所用溶剂是高沸点溶剂,与许多应用场合不相容。
因此,开发低成本,简便有效且能可控黑磷层数的制备方法仍是研究重点。

黑磷在外观、性能和结构上都很像石墨,呈现黑色、片状,并能导电,链接原子呈褶皱的片状。在层状黑磷结构中的声子、光子和电子表现出高度的各向异性,在电子薄膜和红外线光电子技术上有重大潜在应用价值。在黑磷中光吸收对光偏振、薄膜厚度和掺杂十分敏感。

二维黑磷是继石墨烯之后一种新型二维半导体材料,自2014年发现以来,吸引了巨大的研究兴趣。二维黑磷具有范围可调的直接带隙,较高的载流子迁移率以及各向异性等特点,在晶体管、传感器、太阳能电池等领域具有重要的应用前景。与石墨烯类似,二维黑磷最初也是通过机械剥离法制得。这种方法实验条件简单,获得的黑磷晶体质量高,但是此法耗时且产量低,制备出的晶体尺寸不易控制,难以大批量可控制备。相较于机械剥离,液相剥离法可以在溶液中大批量制备二维黑磷。液相剥离主要通过探头超声、水浴超声等方式提供能量将块体黑磷剥离出二维晶体。当溶剂与黑磷之间的粘性大于溶液的内聚能时,剥离较为容易。通常使用较多的剥离溶剂是异丙醇与-甲基吡咯烷。但是,通常所用溶剂是高沸点溶剂,与许多应用场合不相容。
因此,开发低成本,简便有效且能可控黑磷层数的制备方法仍是研究重点。

黑磷光电晶体管也表现出在红外和可见光中的高光谱检测。黑磷与石墨的相似之处还包括可剥离的可能性,形成亚磷,一种具有优良电子转移性能的类石墨材料,剥离的黑磷暴露在空气和水中时会被氧化,在真空中加热到400℃时升华。这种高质量、层数少的黑磷纳米片可以通过液相剥离制备。

如果说石墨烯是材料领域内的“材料之王”,
那磷烯不得不说是材料领域内的一匹“黑马”。材料行业在“十三五”规划的大力支持下,进入了蓬勃发展的阶段,继最早发现的二维材料石墨烯之后,磷烯作为二维材料家族的最新成员出现在了行业人士的眼前。其优异的光学特性使磷烯迅速成为了晶片界的新宠,其关注度不亚于石墨烯,是当之无愧的“材料黑马”!磷烯具有优于石墨烯的光学特性

图片 3

但是在电子设备领域,石墨烯存在一个重大的缺陷——其本身没有能隙,不能与硅相容,这限制了它在半导体工业和光学器件等领域的应用。黑磷作为一种新的二维材料,被视为能解决石墨烯性能上存在的一些问题的材料。形象化的来讲,石墨烯像金属,但磷烯单晶天生就是半导体,它很容易被“打开”和“关闭”。磷烯单晶拥有很高的电子流动性,可用于制造高性能低成本电子设备。目前研究成果可以看出,在电子光电领域,二维黑磷有着石墨烯无法比拟的优势。黑磷二维单晶片层由双层原子组成,厚度为一个原子,具有天然带隙,与硅有较好的相容性。这可望促进硅光子元件技术的发展,届时各种芯片是以光而非电子来传递数字信号。黑磷的半导体能隙是直接能隙,即导带底部和价带顶部在同一位置,这意味着黑磷和光可以直接耦合,这个特性让黑磷成为未来光电器件(例如光电传感器)的一个备选材料,可以检测整个可见光到近红外区域的光谱。其能隙还可藉由在硅基板上堆栈的黑磷层数来进行调节,使其能吸收可见光范围以及通讯用红外线范围的波长。加上黑磷电子迁移速度快,有望在光电领域得到广泛应用。

其具有如下良好性能:

1.半导体性质,如有良好的电子迁移率(~1000cm2/Vs),还有非常高的漏电流调制率(是石墨烯的10000倍)。

2.光学性能:其半导体带隙是直接带隙,即电子导电能带底部和非导电能带顶部在同一位置,实现从非导到导电,电子只需要吸收能量,而传统的硅或者硫化钼等都是间接带隙,不仅需要能量,还要改变动量。这意味着黑磷和光可以直接耦合,这个特性让黑磷成为未来光电器件的一个备选材料。可以检测整个可见光到近红外区域的光谱。

不过黑磷的研究和应用才刚开始,其非线性光学特性被国内外多家单位证实并应用于超快激光的产生中。可以预见不久的将来,它将成为’第二个石墨烯’。

图片 4

与石墨烯相比黑磷具有能隙,使其更容易进行光探测,其能隙是可通过在硅基板上堆叠的黑磷层数来做调节,使其能吸收可见光范围以及通讯,用红外线范围的波长。黑磷是一种直接能隙(direct-band)半导体,也能将电子信号转成光。发展趋势:未来在晶体管、传感器、太阳能电池、开关、电池电极等领域前景广泛

图片 5

黑磷是什么?

黑磷是常见的三种磷同素异形体中,形态最为稳定的一员。黑磷有4种晶体结构:正交、菱形、简单立方和无定形,常温常压下是正交晶型结构。跟石墨类似,黑磷也为片层结构,但不同的是,同一层内的磷原子不在同一平面上,呈一种蜂窝状的褶皱结构。层内具有较强的共价键,还留有单个的电子对,因此每个原子都是饱和的,层与层之间原子靠范德华力作用。

图片 6

与石墨类似,黑磷的结构使其可以制备二维黑磷晶体。二维材料的某些性质是块体材料所没有的,目前石墨烯、二维过渡金属硫化物都是这个领域的先行者。单层黑磷优异于石墨烯和二维过渡金属硫化物的性能主要体现在半导体和光电性能,石墨烯有极高载流子迁移率,但它的零带隙效应使其无法实现半导体的逻辑开关;二维过渡金属硫化物具有不错的半导体性能,其制备的晶体管还有良好的电信号调节性能,但它的载流子迁移率过低,限制了其在电子领域的应用。

图片 7

当今在石墨烯产业蓬勃发展之际,一种有望超越石墨烯的“梦幻材料”被发现。这种材料称之为黑磷,是一种二维单晶结构材料,具有诸多优异特性。目前,国际有关黑磷材料的研究已取得阶段性成果,不久的将来有望进入工业化应用阶段。

一、黑磷结构的特点

黑磷是磷的一种同素异形体,结构上有块状和二维单晶结构2种。目前正在研究的可与石墨烯媲美的“梦幻材料”为二维单晶结构黑磷。黑磷单层二维单晶称为磷烯,

图片 8

黑磷二维单晶片层由双层原子组成,厚度为一个原子,具有天然带隙,与硅有较好的相容性。黑磷的直接带隙可随层数调节,可在绝缘和导电2种状态中转换,加上黑磷电子迁移速度快,有望在光电领域得到广泛应用。而且,黑磷的直接带隙使其光学性能优越,可以和光直接耦合,构筑新一代光电器件。黑磷还具有独特的力学、电学和热学各向异性,在多个领域展现出巨大的应用潜力。

图片 9

黑磷的致命缺陷是缺乏稳定性。当接触水和氧气时,黑磷片层会在极短时间内氧化进而降解。这一缺陷极大地限制了黑磷的研究和工业应用。

二、黑磷制备

近两年来,国内外在黑磷结构性能、制备与应用方面己经取得很多研究成果。在制备方面主要有机械剥离法、液相剥离法及化学合成法。机械剥离方法可对磷烯的厚度进行控制但难以获得特定尺寸的磷烯;液相剥离法则可获得晶体结构完整、没有缺陷、一维尺寸可控的薄层磷烯;化学合成法则可制备出高纯度、大尺寸磷烯,且制备周期短,这是以上两种方法难以达到的。

图片 10

三、黑磷应用领域

黑磷作为一种新的二维材料,被视为能解决石墨烯性能上存在的一些问题的材料。黑磷具有独特的几何及电子结构和优异的性能,在晶体管、传感器、太阳能电池及光电子器件等领域应用前景广阔。

1场效应晶体管

磷烯是一种带隙值为2eV的直接带隙半导体,且其带隙的大小可通过改变原子层数来调节,磷烯具有高的载流子迁移率,为磷烯场效应晶体管的实现提供了理论依据。2014年,复旦大学的张远波团队利用少层磷烯实现了高速场效应管的应用尝试,为研究黑磷的广泛应用拉开了序幕。

图片 11

相关文章

No Comments, Be The First!
近期评论
    功能
    网站地图xml地图