石墨烯作為一種奇跡材料，被譽(yù)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。

    磷作為元素周期表中第十五號元素，其化合物通常具有化學(xué)發(fā)光性質(zhì)，或者通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生大部分無熱光。

    黑磷，一直很難制備但在納米電子學(xué)領(lǐng)域具有應(yīng)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(jié)構(gòu)，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。

    據(jù)國外媒體報道，都柏林三一學(xué)院的材料學(xué)家最近成功解決了這個問題。他們發(fā)現(xiàn)，通過將黑磷浸沒在溶液中，然后用聲波轟炸它，而不是通過層層剝離，可以達(dá)到同樣的效果，并且整個過程更容易、更便宜。結(jié)果：層狀結(jié)構(gòu)松動分離，得到只有幾個原子厚的黑磷片層。

    迄今二維材料的奇異世界一直被石墨烯統(tǒng)治著，當(dāng)石墨烯降低到一定厚度時，其導(dǎo)電性會達(dá)到一個極端的程度，強(qiáng)于凱夫拉（譽(yù)為地球上最強(qiáng)的材料），有望作為過濾器排從空氣中吸收氫燃料。

    目前，僅石墨烯的應(yīng)用就有超過7000項(xiàng)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硅，但并不是具有這種性質(zhì)的唯一材料。

    黑磷有帶隙，而石墨烯是所謂的零隙半導(dǎo)體。黑磷，作為可調(diào)半導(dǎo)體，在電子設(shè)備中或許有更多的應(yīng)用：晶體管、傳感器、太陽能電池、開關(guān)、電池電極等。其中一些應(yīng)用已經(jīng)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產(chǎn)。

    研究人員表示，雖然黑磷納米片已經(jīng)通過液體剝離量產(chǎn)，此法仍然存在問題，主要是因?yàn)楹诹准{米片不穩(wěn)定，會與水或氧氣反應(yīng)。必須通過有效途徑，液體環(huán)境穩(wěn)定剝離納米片，防止氧化。N-環(huán)己基-2-吡咯烷酮經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，就是研究人員要找的溶液，N-環(huán)己基-2-吡咯烷酮已在電子制造領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

    黑色磷的確是黑色的，不像它的同素異形體能發(fā)光，但它對光線的分散效果確實(shí)非常好，甚至優(yōu)于石墨烯。正因?yàn)槿绱?，它非常適合應(yīng)用于光電領(lǐng)域。全新的明星材料，正在綻放光芒。

    科學(xué)家不斷的尋找能夠使芯片上集成更多晶體管的材料，麥吉爾大學(xué)和蒙特利爾大學(xué)的新研究進(jìn)一步證明，黑磷可能成為一個強(qiáng)有力的候選者。

    今天在自然通訊上發(fā)表的一項(xiàng)研究中，研究人員報告說，當(dāng)電子在磷晶體管中移動時，他只在兩個維度上進(jìn)行。這一發(fā)現(xiàn)表明，黑磷能幫助工程師克服未來電子產(chǎn)品的一個具大挑戰(zhàn)：設(shè)計高能效晶體管。

    這項(xiàng)工作是Szkopek的納米電子學(xué)研究小組與麥吉爾物理系納米科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的Guillaume Gervais教授，以及蒙特利爾大學(xué)化學(xué)系Richard Martel教授的納米結(jié)構(gòu)研究小組的多學(xué)科協(xié)作。

    “世界上對黑色磷產(chǎn)生了巨大的新興的興趣，”Szkopek說。 “我們?nèi)匀贿€有很長的路要走才能看見原子層晶體管變成商業(yè)產(chǎn)品，但現(xiàn)在我們已經(jīng)更近了一步。”
 

責(zé)任編輯：王元

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