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一種液相合成制備黑磷的方法
發布:shadow   時間:2015/4/28 13:47:44   閱讀:4723 
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材料與測試:一種液相合成制備黑磷的方法

黑磷墨水:高濃度懸浮的電子級黑磷薄片(圖左邊一瓶)是通過對有機溶劑N-甲基吡咯烷酮中的黑磷超聲制得。將懸濁液進行離心(圖中間一瓶5000rpm,右邊一瓶15000 rpm),用以縮小黑磷薄片的粒度分布,只留下最薄的薄片即制得黑磷墨水。
 
半導體黑磷薄片僅相當于幾個原子的厚度,有希望成為一種快速、低功耗、靈活的電子產品。但是一個主要障礙是制作高質量、電子級黑磷是一個艱苦且緩慢的過程?,F在,化學家們已經展示了一個基本的解決方法,可以更容易地制得大量的黑磷薄片材料(ACS Nano 2015 DOI: 10.1021 / acsnano.5b01143)。
 
黑磷與其他超薄電子材料如石墨、二硫化鉬等相似,是一種非常有吸引力的材料,常用于制作耐用、靈活、高性能的電子產品如智能手機和其他設備。與其他二維材料相比,黑磷既具備良好的半導體特性,又具備相對較高的流動性;電子可以快速的穿過它,這意味著更快的轉換和更快的計算。相關研究人員于2014年開始從事黑磷在電子產品中的應用,到目前為止,他們已將其用于單個晶體管的制備材料。而如今的微處理器的復雜電路中已經集成了數百萬或數十億這樣的開關。
 
電氣工程師致力于解決如何使用材料構建更復雜的設備的問題,而化學家們則致力于如何生產出構建電路用的最根本材料的問題。西北大學的化學家Mark C.Hersam說“目前生產最優質的黑磷的方法與最初用來制造石墨烯剝離的方法一樣。”即將塊狀黑磷粉碎,然后使用膠帶進行剝離分離,直到獲得幾層厚的薄片。研究人員表示用“透明膠帶法”剝離只能獲得數量有限的材料,Hersam說,這種方法會降低研究的進展,并使黑磷在制造業中的應用顯得不切實際。
 
Hersam是使用液相法制備、排序,并打印電子新材料的專家,包括碳納米管和石墨烯。他認為類似的技術也應該可以用于剝離黑磷,只要能隔絕水和氧氣即可,因為水和氧氣會降低材料的使用率。于是他和他的同事們將黑磷晶體和溶劑置于超聲試管底部,然后使用一個金屬振動子快速攪拌液體。在溶劑和聲波降解的共同作用下,黑磷晶體分解成納米級厚度的薄片懸浮在溶液中。然后他們獲得了一瓶酷似“墨水”的液體,其實是由于溶劑中隨機分布了黑磷薄片所致,而其中的每一個薄片都可以用于制成晶體管。Hersam研究組嘗試七種不同的有機溶劑,發現最好的一個是N-甲基吡咯烷酮,因為其具有高表面張力,也是一種非常好的石墨烯剝離劑。
 
研究人員發現,通過溶劑剝離制得的黑磷與采用機械剝離制得的黑磷具有相似的性質,使用黑磷晶體管的設備一樣都具有電荷流動性。
  
“到目前為止,研究人員還不能在更大的范圍內成功地將黑磷用于電子設備,”耶魯大學專門研發黑磷電子設備的電氣工程師Fengnian Xia這樣說到。Hersam表示他們的研究僅僅是剛剛起步,他指出現在這樣方法不能精確地控制黑磷薄片分散在溶劑的表層。Hersam接下來的研究將致力于將薄片定位在預定的位置。
 


來源:材料與測試
譯者:兔子小光
譯自cen.acs.org
 
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