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小木蟲論壇-學術(shù)科研互動平臺 » 材料區(qū) » 無機非金屬 » 綜合其它 » 黑磷來了，石墨烯您怕了么？
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黑磷來了，石墨烯您怕了么？ 已有34人參與
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石墨烯作為一種奇跡材料，被譽為電子產(chǎn)品的未來。但現(xiàn)在它的一個“親戚”—黑磷，具備低成本的制造工藝，有望替代石墨烯，成為下一個新材料金礦。 元素周期表第15位，元素符號P。黑色有金屬光澤的晶體, 它是用白磷在很高壓強和較高溫度下轉(zhuǎn)化而形成的。 在過去的幾年中，二維結(jié)晶體已經(jīng)作為某些最令人激動的新材料，出現(xiàn)在人們的考慮范圍內(nèi)。所以材料科學家們也迫不及待地想要發(fā)現(xiàn)石墨烯、氮化硼、二硫化鉬等物質(zhì)的非凡屬性。 這一集體的新成員是黑磷，磷原子在黑磷中結(jié)合在一起，形成一個二維的褶皺薄片。去年，研究人員用黑磷造出了一個場效應晶體管收音機并證明該收音機工作效果極佳。這一研究表明，黑磷能在納米電子設(shè)備領(lǐng)域前景廣闊。 但有一個問題，黑磷難以大批量生產(chǎn)，而今年年初，來自愛爾蘭都柏林圣三一學院的達米安·漢�。―amien Hanlon）和幾位同伴宣稱他們解決了這一問題。 這些人在他們能控制的范圍內(nèi)，完善了一種制造大量黑磷薄片的方法。他們還用這種新發(fā)現(xiàn)的方法在一些新應用上對黑磷進行了測試，比如氣敏傳感器、光學開關(guān)等，他們甚至用這一方法強化了復合材料，讓它們更堅固。 在數(shù)量較大的形態(tài)下，黑磷包括多層，類似于石墨。因此，將單個薄片分離出來的一個方法是脫落法，就是利用思高透明膠帶或其他材料讓各層脫落。這是一個耗時的工作，嚴重限制了潛在的運用。 因此漢隆等人一直在考慮另一種辦法。他們的辦法是把黑磷塊放進液體溶劑，然后用能將材料震開的聲波沖擊黑磷塊。 結(jié)果是大塊分離成大量薄片，團隊用離心機按不同尺寸過濾這些薄片。最終留下只有幾層的高質(zhì)量納米薄片�！耙合嗝撀涫且环N強大的技術(shù)，能造出相當大批量的納米薄片�！彼麄冋f。 黑磷納米薄片可能遇到的一個問題是，遇水或遇氧氣時會迅速降解。因此這一團隊實現(xiàn)的一項進步就是，預測到某些溶劑會在薄片周圍形成一個溶劑化層，防止氧或其他氧化物接觸到磷。 團隊用N-環(huán)己基吡咯烷酮或CHP作為溶劑，正因如此，納米薄片出人意料地耐久。 與石墨烯相比，黑磷的巨大優(yōu)勢在于，黑磷具有一個自然的帶隙，物理學家可以利用這一帶隙來制造晶體管收音機等電子設(shè)備。但漢隆等人表示，新發(fā)現(xiàn)的黑磷納米薄片讓他們還能對一些其他想法進行試驗。 例如，他們把納米薄片加到聚氯乙烯薄膜上，從而使得其強度翻一倍，拉伸韌性也增加六倍。因此，納米薄片不僅僅是能提高強度的碳同素異形體。 他們還通過測量傳輸?shù)墓饬�，確定了納米薄片對脈沖激光器的非線性光感應。最后發(fā)現(xiàn)，隨著張力的增加，黑磷吸收的光量有所減少，這是一種被稱為飽和吸收的屬性。另外，黑磷在這一點上的表現(xiàn)甚至優(yōu)于石墨烯。 最后，他們測量了納米薄片遇到氨時通過納米薄片的電流。他們發(fā)現(xiàn)，材料在接觸氨時電阻有所增加，這可能是因為氨放出的電子能夠中和黑磷薄片中的孔洞。 這一發(fā)現(xiàn)結(jié)果立即讓黑磷成了相當不錯的氨探測器。漢隆等人稱，這一材料探測氨的水平可以達到約十億分之八十。 這些成績標志著黑磷相關(guān)研究出現(xiàn)了有趣的巨變。很多人將會看到石墨烯那非凡的屬性所帶來的騷動，而黑磷如果能達到其一半，對材料科學家來說會是相當有意思的前景。 黑磷的原子結(jié)構(gòu)圖，褶皺蜂窩結(jié)構(gòu) 直接帶隙(左)和間接帶隙(右)能帶分布圖 |
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