黑磷烯制备与应用研究进展

黑磷烯因具有直接带隙和优异的电子迁移率等良好性能,成为一种备受关注的新型二维材料。概述了黑磷烯的制备方法,系统介绍了黑磷烯在场效应晶体管、光电元件、气体传感器及太阳能电池等领域的应用,分析了限制黑磷烯应用的主要因素。最后,展望了黑磷烯未来的发展趋势和应用前景。     

黑磷烯的制备及其非线性光学性质研究进展

新材料的研制和应用是21世纪材料科学和物理科学发展的重要方向之一。黑磷烯作为一种新兴的二维材料,具有可调谐的直接带隙和宽波带非线性吸收等独特性质,其非线性光学性质及制备引起了研究人员的广泛兴趣。首先介绍了几种黑磷烯的制备方法,包括高压法、铋熔化法、高能球磨法、低压矿化法与热气化法,并分析了各方法的优劣。其次介绍了黑磷烯纳米片与黑磷量子点的非线性光学研究进展,及其在锁模激光器中的应用。最后,对黑磷烯的制备方法和非线性光学性质研究的进一步发展做出了展望。     

我国科学家应向黑磷进军

正科学家应该在石墨烯、黑磷等新材料领域不断发力,把握先机,争取实现对国际同行的赶超,成为该领域的"开拓者"和"引领者"。众所周知,新材料的使用,能够给很多领域带来革命性的变化。比如,当前如火如荼的石墨烯,就被誉为"黑金""新材料之王",科学家甚至预言石墨烯将"彻底改变21世纪"。近年来,另外一种和石墨烯有着类似性质的新材料——黑磷的重要性也日益凸显,被科学家和企业界看好。所幸的是,在黑磷的基础研究和应用方面,来自中国的科学家走在     

二维黑磷物理性质及化学稳定性的研究进展

1914年科研工作者首次合成了黑磷的块体形式。在黑磷沉寂了100年之后,2014年人们成功地将其薄化到少层状态,得到了新型二维纳米材料——二维黑磷。它是由磷原子堆叠而成的单一元素的二维层状半导体材料,具有合适的可控直接带隙、高的载流子迁移率、高的漏电流调制率、较高的开关电流比、良好的导电导热能力和明显的平面各向异性等性质,在低维无机半导体领域备受关注。二维黑磷是一种具有众多优异性质的内禀p型材料,但在空气中的不稳定性使得目前还不能分离得到大面积磷烯(即单原子层黑磷)薄膜,这限制了二维黑磷的应用。本文综述了自2014年以来国内外关于二维黑磷的研究进展,系统介绍了二维黑磷的结构、制备与性质,重点归纳了包括电学性质、光学性质、力学性质、热学性质和磁学性质在内的物理性质及化学稳定性。最后总结并展望了二维黑磷作为电子材料的广阔前景。     

复旦大学成功制备新型二维晶体黑磷

正近日,复旦大学物理系张远波教授课题组的李力恺、於逸骏与合作者们成功制备了基于新型二维晶体黑磷的场效应晶体管器件。相关学术论文《Black Phosphorus Fieldeffect Transistors》(《黑磷场效应晶体管》)在《自然·纳米技术》(Nature Nanotechnology)上发表(DOI:10.1038/nnano.2014.35)。二维晶体黑磷是继石墨烯、二硫化钼之后的又一重要的研究进展,为二维晶体材料家族增添     

二维黑磷的制备及光电器件研究进展

黑磷有随层数可调的直接带隙和独特的各向异性结构等众多优异的性质,因此近年来受到科研人员的广泛关注。本文概述了二维黑磷的制备方法,重点综述了黑磷独特的非线性光学性质、各向异性光学性质及它在光电器件中的应用。最后,对黑磷的应用前景与一些亟待解决的问题做了简单的讨论。     

黑磷纳米光催化材料研究进展

黑磷(black phosphorous, BP)作为一种新型的二维材料,具有基于层数可调节的带隙(0.3～2.0 e V)和高的载流子迁移率(1000 cm~2·V~(-1)·s~(-1))等特性,在光催化领域被广泛关注。黑磷在可见光及近红外光区域具有强的吸收,是一种宽光谱响应的半导体光催化材料,具有其他材料无法比拟的优点;高的载流子迁移率使其成为一种优异的光生载流子传输材料;此外,黑磷纳米材料具有大的比表面积,可以为光催化反应提供丰富的反应活性位点,从而提高催化效率。当前,黑磷纳米材料在光催化制氢、光催化固氮、光催化CO_2还原等领域被广泛研究,展现出独特的优点和良好的性能,是一种理想的光催化剂材料。基于此,详细介绍了黑磷材料的结构与特性,归纳了黑磷纳米光催化材料的制备方法,重点介绍了黑磷材料在光催化领域的最新研究进展,讨论了黑磷材料的构效关系,展望了黑磷纳米材料在光催化领域未来的发展方向。     

二维黑磷的制备及光电器件研究进展

黑磷有随层数可调的直接带隙和独特的各向异性结构等众多优异的性质,因此近年来受到科研人员的广泛关注.本文概述了二维黑磷的制备方法,重点综述了黑磷独特的非线性光学性质、各向异性光学性质及它在光电器件中的应用.最后,对黑磷的应用前景与一些亟待解决的问题做了简单的讨论.     

黑磷在离子电池中的应用研究进展

新型纳米材料黑磷呈二维折叠层状结构,具有独特的光电特性,其理论容量大、载流子迁移率高、氧化还原电位低、带隙可调,在电化学储能、光催化制氢、癌症靶向治疗等领域应用前景广阔。尤其是在电化学储能领域,因其高达2 596 mAh/g的理论比容量,已被作为锂离子电池与钠离子电池的负极材料得到了广泛的应用,是可充电电池理想的负极材料之一。综述了黑磷在离子电池领域的应用,旨在为后续黑磷的结构设计奠定基础,为储能领域蓬勃发展铺平道路。     

都柏林三一学院采用黑磷取代石墨烯研究取得新进展

<正>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     

中科院:沈阳生态所在二维黑磷环境行为研究方面取得进展

正黑磷作为后石墨烯时代光、电性能最优良的二维材料之一,自2014年出现以来,短短几年内即迅速吸引了世界各国研究人员的关注。目前,黑磷不仅在光电器件和生物医学领域备受青睐,同时在环境污染治理等领域也表现出非凡的应用潜力。中国科学院沈阳应用生态研究所研究员赵青及学科组近年来一直致力于二维黑磷环境行为及风险研究。     

黑磷-氧化石墨烯复合油基润滑添加剂的摩擦学性能研究

钛合金广泛应用于航空航天、海事、军事等领域,但其较差的摩擦学特性限制了它在精密零部件中的应用。因此,研究适用于钛合金高精密成形加工过程中的润滑添加剂是实现钛合金高效加工的关键。采用相转移法制备了氧化石墨烯和黑磷纳米片复合油基润滑添加剂,通过扫描电子显微镜、拉曼光谱仪和X射线衍射仪等对复合添加剂的形态、组成和物相结构进行了表征,利用UMT-5多功能摩擦磨损试验机评价了黑磷-氧化石墨烯纳米片作为液体石蜡基润滑添加剂在钛合金表面的摩擦学性能。实验结果表明,黑磷纳米片与氧化石墨烯的质量比为1∶4的复合润滑剂表现出最佳的综合摩擦学性能,综合测试分析证实,黑磷-氧化石墨烯复合润滑添加剂的优异摩擦学性能归因于吸附与摩擦化学反应的协同作用。该发现对开发用于钛合金制造和加工的新型润滑剂具有指导意义。     

通过砷取代调控黑磷带隙用于高性能光电探测器件（英文）

多层黑磷的带隙(～0.33 eV)覆盖～3.7微米光谱范围,在红外应用方面有巨大潜力.然而进一步降低带隙使其可用于远红外器件仍面临挑战.此外,黑磷材料及器件饱受空气稳定性差的困扰.因此,我们提出了同系物砷取代的策略,实现了对黑磷带隙的调控和稳定性的增强.通过优化化学气相传输的生长参数,我们制备出砷含量可控的毫米级黑磷母体.经扫描隧道显微镜和能谱分析,砷原子随机嵌入黑磷的主晶格中并保留了原有几近完美的晶格排列.对于60%砷含量的多层黑磷,其电学带隙降低至～0.16±0.02 eV并伴随强的p型掺杂.受益于较小的晶格畸变和强掺杂效应,基于砷取代黑磷的光电器件表现出高达约882 mA W^-1的光响应率,远超未取代的黑磷基光电器件(约314 mA W^-1).更为重要的是,砷取代的黑磷器件在暴露大气环境(温度～20℃;湿度～33%) 48小时后未表现出明显的氧化迹象.本文为开发黑磷基、可长时间运行的光电探测器和光调制器件提供了新途径.     

深圳先进院等制备出离子增强型高效黑磷晶体管

正近日,中国科学院深圳先进技术研究院喻学锋研究员团队与深圳大学教授张晗、武汉大学教授廖蕾团队合作,在二维黑磷领域取得新进展,通过金属离子修饰的方法制备出高稳定性高性能黑磷晶体管。相关成果发表于材料学领域刊物《先进材料》上。论文第一作者是博士郭志男,第一单位是中科院深圳先进院。近年来,与石墨烯一样拥有二维层状结构的黑磷展现出卓越的电学和光学特性,被视为新的超级材料,其在晶体管、     

钢铁黑磷化新工艺

钢铁黑磷化是以HHS黑化剂为特征的表面处理新工艺。经该工艺处理的钢铁表面可以获得外观呈深黑色、结构致密的细晶磷酸盐转化膜,该膜具有防护、装饰、减磨、吸光、消光、吸热、散热、绝缘、增强涂层与钢铁基体结合力等优异的物理、机械性能,有利于提高各类机电产品、标准件、紧固件表面技术性,增强产品在国际、国内市场上的竞争能力。     

科学家制备出二维黑磷场效应晶体管

正近日,记者从中国科学技术大学获悉,该校微尺度物质科学国家实验室教授陈仙辉课题组与复旦大学教授张远波、封东来和吴骅课题组合作,制备出具有几个纳米厚度的二维黑磷场效应晶体管。研究成果近日在线发表在《自然纳米科技》杂志上。     

单层黑磷和蓝磷扩展分子结的电子输运特性

本工作应用非平衡格林函数理论和密度泛函理论研究了二维材料单层黑磷扩展分子结和蓝磷扩展分子结的电子输运特性,以及在应力作用下能隙和伏安特性的变化特点。结果发现,两种扩展分子结在发生应变(拉伸和压缩)过程中,随着应变(拉伸和压缩)的增加,HOMO能量和LUMO能量逐步靠近,导致能隙逐渐降低,分别减小了0.67eV和1.33eV。能隙降低,同时导通轨道间隔和导通轨道迁移率也降低,导致伏安特性曲线中量子化台阶逐渐消失,出现了类似金属的I-V曲线特点。此外,单层黑磷扩展分子结在0.75~2.00V范围内产生稳定电流,有望应用于电路中的稳流装置。     

石墨烯/黑磷纳米复合粒子对环氧树脂阻燃与热稳定性能的影响

近年来,具有蜂窝状褶皱片层结构的黑磷(BP)在阻燃高分子复合材料领域展现出潜在的应用前景.本工作采用高能球磨方法制备出石墨烯/黑磷纳米复合粒子(G-BP),以拉曼光谱与X射线衍射表征其结构,并利用极限氧指数(LOI)、UL 94垂直燃烧测试和热重分析探究G-BP含量对环氧树脂基体热稳定性与阻燃性能的影响.结果表明:在环氧树脂中添加2％G-BP,其高温残炭量从14.8％提高至25.3％,LOI提高至25.5％,且UL 94垂直燃烧等级达到V1级;G-BP添加量为5％时,环氧树脂的LOI达27.5％,且UL 94垂直燃烧等级通过V0级.G-BP通过气固双相阻燃协同机理,明显改善了环氧树脂的成炭性与阻燃性.     

三元复合添加剂复配比例对钢铁锌钙系黑磷化的影响

已有的中温锌钙系黑色磷化膜的黑色度、均匀度、附着力及耐蚀性较差,为了克服这些缺点,在中温锌钙系黑磷化液中加入复合添加剂,研究了添加剂复配比例对黑磷化液稳定性以及磷化膜外观质量、耐蚀性、耐磨性的影响,确定了添加剂最佳复配比例,并测试了最佳复配比例时制得的磷化膜的组织结构.结果表明:当4.8 g/L柠檬酸三钠、4.0g/L EDTA-2Na和1.6 g/L硝基胍三元复配时,磷化液无沉渣,磷化膜表面黑亮光滑,孔隙少,晶粒细致均匀,耐蚀性及耐磨性良好.     

化学气相运输法制备正交黑磷

黑磷(Black phosphorus, BP)以其优异而独特的物理化学性质在能源储存与转换、微纳器件、光/电催化和生物医药等领域展现出良好的应用前景。高质量正交BP前体制备是实现二维BP和零维BP量子点应用的关键。本工作采用无温度梯度的化学气相运输(CVT)法研究了矿化剂组分和比例对BP生长的影响。结果表明, 只有锡(或铅)和碘共存且比例合适时才能制备得到正交BP; 生长BP所需的锡碘质量比w(Sn/I₂)范围较宽, 当w(Sn/I₂)=0.47时制得的BP尺寸为1.2 cm, 且产率高、晶体质量较优。结合BP的成核生长机理可知, 锡和碘都对BP的成核生长具有重要作用; 碘的矿化效果较锡明显, 而足量的锡有利于无温度梯度条件下大尺寸块体BP晶体的合成。w(Sn/I₂)=0.47为本工作中制备BP的最佳砂化剂配比。