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二維黑磷駕到,石墨烯如何應對?

黑磷,作為可調半導體,在電子設備中或許有更多的應用:晶體管、傳感器、太陽能電池、開關、電池電極等。其中一些應用已經被測試,效果非常好。同石墨烯一樣,黑色的磷也不容易大量生産。

二維黑磷是近年來才開發的半導體新材料,近日中國科學院深圳先進技術研究院研究員喻學鋒課題組與深圳大學教授張晗課題組合作,在黑磷量子點的制備及超快光子學應用領域取得新進展。相關研究表明,與其他二維晶體材料相比,二維黑磷單晶材料更加穩定,在納米電子器件應用方面具有很大潛力,被視自石墨烯之後新的超級材料。

石墨烯它親戚青出于藍。石墨烯作為一種奇迹材料,被譽為電子産品的未來。但現在它的一個“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。磷作為元素周期表中第十五号元素,其化合物通常具有化學發光性質,或者通過化學反應産生大部分無熱光。

黑磷,一直很難制備但在納米電子學領域具有應用前景,這與二維(單原子厚)神奇材料——石墨烯非常類似。同石墨烯一樣,黑磷在制備過程中也存在難以克服的困難,它有多層結構,為了得到所期望的二維片層,這些多層需要通過剝離工藝一層層分離開。迄今二維材料的奇異世界一直被石墨烯統治着,當石墨烯降低到一定厚度時,其導電性會達到一個極端的程度,強于凱夫拉(譽為地球上最強的材料),有望作為過濾器排從空氣中吸收氫燃料。

黑磷有帶隙,而石墨烯是所謂的零隙半導體。黑磷,作為可調半導體,在電子設備中或許有更多的應用:晶體管、傳感器、太陽能電池、開關、電池電極等。其中一些應用已經被測試,效果非常好。同石墨烯一樣,黑色的磷也不容易大量生産。黑色磷的确是黑色的,不像它的同素異形體能發光,但它對光線的分散效果确實非常好,甚至優于石墨烯。正因為如此,它非常适合應用于光電領域。全新的明星材料,正在綻放光芒。

據了解,2014年,中科大微尺度物質科學國家實驗室陳仙輝教授課題組與複旦大學張遠波等教授課題組合作,成功制備出具有幾個納米厚度的二維黑磷場效應晶體管。2016年3月,中科院發布消息稱,深圳先進院在二維材料領域取得新突破,制備出了高穩定性黑磷。黑磷有望借此技術向半導體材料邁出重要一步。

目前,僅石墨烯的應用就有超過7000項專利,大部分被科技巨頭蘋果和索尼占有。石墨烯可以說是新的矽,但并不是具有這種性質的唯一材料。同理,黑磷的關鍵不在資源,而在于專利向技術的轉化。磷和磷礦是稀缺資源。磷礦是指在經濟上可利用的磷酸鹽類礦物的總稱,在工業上主要用于生産磷系肥料,也可以用來制造黃磷、磷酸、磷化物及其他磷酸鹽類産品。

值得注意的是,磷礦石具有不可再生的特點。磷礦資源成因年代久遠,成礦條件極其複雜,因而磷礦的再生幾乎不可能。磷礦資源一經開發利用,磷素随着各下遊加工産品的消費領域分散到自然界中,不可再循環利用,許多國家已經将磷礦資源列為戰略資源。

來源:搜狐

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