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黑磷简介及其制备方法

       黑磷烯具有稳固的物理和化学性质,可应用于太阳能电池、医药、光电器件和传感器等领域。其制备方法包括机械剥离法、液相剥离法、化学气相沉积和激光脉冲沉积等。黑磷烯因其大的比表面积和载流子迁移率等优势,在医疗和传感器等领域展现出良好的研究潜能,已成为研究的热点材料。根据现在的报道,人们对于黑磷烯的制备主要通过“自上而下”与“自下而上”的方式。自上而下的方式中包含,机械与液相剥离法。自下而上的方式中包括:CVD,PLD等方法。

       (1)机械剥离法:机械剥离法即对材料施加机械力,机械力能够破坏磷烯层与层之间微弱的范德华力,将层状的黑磷烯从体相材料中剥离出来。目前已经有很多研究团队通过用透明胶带撕裂块体黑磷的方式成功制备了高质量的单层黑磷烯。但是,由于制作环境较为苛刻,制备时间长等缺陷,不适合批量的制备黑磷烯纳米片层。

       2液相剥离法:当化学溶剂与二维材料表面匹配时,溶剂与二维材料之间的共同反应产生的能量可以打破黑磷烯层与层之间微弱的范德华力,能够将体相黑磷分散为片层状黑磷烯。现在已经多个实验团队通过将黑磷分散在不同的有机溶剂中,通过超声处理,成功的制备了黑磷烯材料。有相关研究表明,分散溶剂的选择对液相剥离黑磷烯的质量有很大的影响。溶剂的选择顺序是:NMP>DMF>乙醇>异丙醇>H2O。液相剥离法可以大规模批量制备黑磷烯,将制备好的黑磷烯纳米片层溶液通过离心的方式,可以获得径向尺寸、厚度层数较为均一的黑磷烯纳米片层分散液。

       3化学气相沉积CVD:使用红磷为源材料,Sn/SnI4为矿化剂,使两者在高温常压下蒸发出原子,它们之间发生氧化还原反应,当降温后,沉积的原子形成一层黑磷烯纳米片层。

       4激光脉冲沉积PLD:将较大的块状黑磷当做靶材,可在150℃的时候沉积在SiO2/Si衬底上指定厚度的非晶黑磷。使用该方法虽然可制备大尺寸,不同厚度的非晶黑磷,但是制备出的黑磷烯薄膜质量却不是特别好。

       简而言之,黑磷烯因其大的比表面积,超高的载流子迁移率,直接带隙结构等优势,在医疗、传感器、逻辑电路等方面展现了良好的研究潜能。尤其在传感器方面,已然成为研究的热点材料。

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