新型二维半导体材料——黑磷..
黑磷详细性能参数
黑磷性能参数黑磷性能参数，这是大家很关心的内容。
科学研究从未停止对于新材料的研究，比如石墨烯材料，自发现以来就被应用于多种电子产品的生产，被称之为奇迹材料。
而如今，科学家们又发现黑鳞，与石墨烯相比，特点就是低成本的制造工艺，在生产生活中有很多优势，也被预测也会取代石墨烯。
下面就由先丰纳米简单的介绍黑磷性能参数。
二维晶体是由几层单原子层堆叠而成的纳米厚度的平面晶体，比如石墨烯。
但是石墨烯没有半导体带隙，也就是说它难以完成导体和绝缘体之间的转换，不能实现数字电路的逻辑开与关。
而同样由单原子层堆叠而成的黑磷，则具有一个半导体带隙。
研究人员把黑磷做成纳米厚度的二维晶体后，发现它有非常好的半导体性质，这样就有可能用在未来的集成电路里。
黑磷二维晶体有良好的电子迁移率，还有非常高的漏电流调制率，是石墨烯的10000倍，与电子线路的传统材料硅类似。
除了电性能外，黑磷的光学性能同包括硅和硫化钼在内的其他材料相比也有优势。
它的半导体带隙是直接带隙,即电子导电能带底部和非导电能带顶部在同一位置，实现从非导到导电，电子只需要吸收能量，而传统的硅或者硫化钼等都是间接带隙，不仅需要能量，还要改变动量。
这意味着黑磷和光可以直接耦合，这个特性让黑磷成为未来光电器件的一个备选材料。
可以检测整个可见光到近红外区域的光谱。
这些初步的研究结果，远没有达到黑磷性能的极限，还有极大的拓展空间。
黑磷还只是一个刚刚被发现的材料，现在其前景作任何的推断都还太早。
这个材料的很多特性还有待发掘。
如果想要了解更多关于黑磷的内容，欢迎立即咨询先丰纳米公司。
先丰纳米是江苏先进纳米材料制造商和技术服务商，专注于石墨烯、类石墨烯、碳纳米管、分子筛、黑磷、银纳米线等发展方向，现拥有石墨烯粉体、石墨烯浆料和石墨烯膜完整生产线。
自2009年成立以来一直在科研和工业两个方面为客户提供完善服务。
科研客户超过一万家，工业客户超过两百家。
南京先丰纳米材料科技有限公司2009年9月注册于南京大学国家大学科技园内，现专注于石墨烯、类石墨烯、碳纳米管、分子筛、银纳米线等发展方向，立志做先进材料及技术提供商。
新型二维半导体资料-黑磷
• 引言 • 黑磷的基本性质 • 黑磷的制备方法 • 黑磷在电子器件中的应用 • 黑磷在生物医学领域的应用 • 黑磷的挑战与前景 • 结论
01
引言
黑磷的发现与特性
发现
黑磷是在2014年被发现的一种新型 二维半导体材料，具有优异的电学和 光学性能。
特性
黑磷具有高电子迁移率、良好的热稳 定性和化学稳定性，以及优异的光电 性能，在微电子、光电子和新能源等 领域具有广阔的应用前景。
需要进一步研究的问题
黑磷的稳定性问题
黑磷在空气中容易氧化，影响其稳定性和实际应用。需要 深入研究如何提高黑磷的稳定性，以及探索其在不同环境 下的稳定性表现。
黑磷的可扩展性制备问题
目前黑磷的制备方法主要采用剥离法，难以实现大规模生 产和应用。需要研究新的制备方法，提高黑磷的可扩展性 和产量。
黑磷与其他材料的复合问题
为了拓展黑磷的应用领域，需要研究黑磷与其他材料的复 合结构和性能，探索其在异质结构中的功能协同作用。
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04
黑磷在电子器件中的应用
场效应晶体管
总结词
黑磷具有优异电子传输性能和稳定性，使其成为制造高性能场效应晶体管的理想材料。
详细描述
黑磷场效应晶体管具有较高的开关比、低功耗和良好的热稳定性，适用于制造微电子设 备和集成电路。黑磷晶体管的优异性能使其在物联网、智能传感器等领域具有广阔的应
用前景。
太阳能电池
黑磷的制备方法
直接剥离法
总结词
直接剥离法是一种简单而直接的方法，通过施加机械力将块体黑磷材料逐层剥 离，得到二维黑磷片层。
详细描述
该方法利用机械力对块体黑磷材料进行剥离，如使用胶带或机械摩擦等方式， 使黑磷片层从块体中分离出来。这种方法操作简单，但得到的二维黑磷片层尺 寸较小，且厚度不易控制。
黑磷纳米片红外光谱峰
黑磷纳米片红外光谱峰
黑磷纳米片（BPNSs）是一种具有特殊性质的新型二维半导体材料，具有直接带隙结构和高载流子迁移率等特点。
在红外光谱分析中，黑磷纳米片可以表现出特定的红外吸收峰，这些峰位主要与黑磷纳米片的结构和组成有关。
由于黑磷纳米片具有二维结构，其红外光谱峰通常表现出较宽的峰形，这是由于黑磷纳米片的振动模式与自由磷原子相比发生了变化。
在黑磷纳米片的红外光谱中，常见的峰位主要位于1000-2000 cm^-1和3000-4000 cm^-1范围内。
其中，1000-2000 cm^-1范围内的峰主要与黑磷纳米片的P-P键振动有关，而3000-4000 cm^-1范围内的峰则与P-H键振动有关。
总之，黑磷纳米片在纳米尺度下的红外光谱特性可能会因其尺寸、形貌和表面修饰等因素而发生变化。
因此，在实际应用中，需要对黑磷纳米片进行详细的红外光谱分析，以了解其具体的光谱特性。
黑磷烯原料的制备
新的二维半导体材料——黑磷烯科学家最近发现黑磷烯有望超越石墨烯，成为硅理想的替代材料。
初中化学中学过的为数不多的物质之一就是磷，最常听到的是红磷和白磷，黑磷其实也是磷的一种同素异形体。
百余年前，化学家就合成出了黑磷这种物质，合成后没有了后文。
由于石墨烯带来的二维材料的热潮，直到2013年才有人重新把兴趣集中在黑磷上。
在2014年上半年一系列的文献中，有人通过机械剥离的方式得到了10到20个原子厚度的超薄黑磷薄膜，现在黑磷二维材料已经成为了晶片界的一个新宠。
黑磷让人兴奋的地方在于其可以制备出超薄黑磷（也称为磷烯），其非常类似二维材料石墨烯。
但是与石墨烯最大不同在于，磷烯存在能隙，而石墨烯没有。
那能隙是什么呢？在半导体中，由于能隙的存在，半导体只有吸收足够的能量才会呈现出另一种状态，即在半导体原件中可以表示0和1。
如果没有能隙存在，就很难表示数字电路中的逻辑状态。
黑磷的能隙还可以通过黑磷层数进行微调，其能隙电压可以控制在0.3-2.0伏特范围内，这个覆盖成都几乎涵盖了最近发现的所有二维材料的能隙电压。
而且它可以作为其他不同物质之间间隙的连接桥梁。
韩国成均馆大学的科学家最近通过结合不同材料调整了黑磷的能隙电压值，制作出的晶体管非常接近现在常见的硅芯片结构。
能隙作用除了实现以上功能，还对材料的光电特性有影响。
科学家也对黑磷的光电能力做了研究，美国明尼苏达大学光子学专家李默（Mo Li，音译）说：「光电特性包括光的吸收、发射和调制，半导体材料的光学性能主要依赖于能隙的大小。
」黑磷的能隙范围意味着它可以吸收0.6到4.0微米波长的光，如果换算成颜色，其覆盖范围在可见光到红外线区间。
这个光谱范围是黑磷在光相关传感器应用的关键。
虽然有这么多好处，但不幸的是，黑磷难以制备，难以保存。
传统制备方法，就是将白磷或者红磷在高温高压下用汞做催化剂形成黑磷，但这种方法实验条件比较苛刻，操作危险性较大。
Tom Nilges等在常压下以高纯红磷为原料，与AuSn和SnI4充分混合后，一同密封在内径为10mm的石英管内，置于单温区炉中升温至600℃并恒温23h，以40℃/h 的降温速率将炉温降至500℃后，4h内快速降温至室温，即可在石英管的冷端得到黑磷单晶。
2024年黑磷市场前景分析
2024年黑磷市场前景分析引言黑磷是一种具有广泛应用潜力的新型材料，具有优异的物理和化学性质。
本文将对黑磷市场前景进行分析，探讨其在不同应用领域的发展潜力。
黑磷的基本概述黑磷是一种层状二维材料，由具有六方晶系统的磷原子组成。
其在自然界中存在较少，但在实验室中可以通过化学气相沉积、机械剥离等方法进行合成。
相对于其他二维材料如石墨烯和二硫化钼，黑磷具有较窄的能带间隙和高的载流子迁移率，使其在电子器件、催化剂等领域具有巨大的应用潜力。
电子器件领域黑磷具有优异的电子输运性能，适合用于制造高效率的电子器件。
近年来，科研人员通过利用黑磷的层状结构，成功制备出了具有高载流子迁移率的薄膜晶体管。
此外，在光电器件中，黑磷又可以作为光电转换材料，用于制造光电探测器和太阳能电池。
因此，在电子器件领域，黑磷有望取代传统的材料，成为下一代高性能器件的主要材料之一。
催化剂领域黑磷在催化剂领域也具有潜力巨大的应用前景。
由于其独特的层状结构和活性位点，黑磷可以作为高效的催化剂，用于促进化学反应的进行。
例如，黑磷可以用作电催化剂，用于催化水分解产生氢气。
此外，黑磷还可以作为电催化剂，用于催化二氧化碳的还原反应，促进可持续能源的制备。
这些应用领域的开发将推动黑磷在催化剂领域的市场需求进一步增加。
生物医药领域黑磷在生物医药领域也有着广阔的应用前景。
黑磷具有良好的生物相容性和生物降解性，可以用于制备生物传感器和药物传递系统。
同时，黑磷的光电特性使其能够用于生物成像和光热治疗等领域。
近年来，科研人员已经成功地将黑磷应用于肿瘤治疗，并取得了一定的研究进展。
随着对黑磷在生物医药领域的研究不断深入，相信其在治疗癌症、诊断疾病等方面的应用前景将更加广阔。
结论综上所述，黑磷作为一种新型材料，在电子器件、催化剂和生物医药领域具有广阔的应用前景。
随着相关技术的不断发展，预计黑磷市场规模将持续扩大。
然而，目前黑磷的合成方法和制备工艺还存在一些困难和挑战，需要进一步的研究和改进。
黑磷的特性与应用
黑磷是磷的一种同素异形体，形态比较稳定，上个世纪 50 年代起，就有研究者进行相关研究。已知黑磷有四种晶体结构: 正交、菱形、简单立方和无定形。常温常压下，黑磷是正交晶型 结构，空间群为 Cmca,每个单胞里有 8 个原子，黑磷为片层结构 。 [4] 层内原子依靠共价键连接，而层与层之间则是范德华力 作用。
单层黑磷在二维晶体领域特别重要因为它是唯一直接带隙之间的覆盖范围达03ev和20ev并随着层数减少而且其拥有高流动性这些特性可用于高速数字电路设计射频电路灵活和打印系统和光电设备1
专业管理
黑磷的特性与应用
许亦非（中南大学 材料科学与工程学院，湖南 长沙 410083）
摘要：黑磷拥有直接带隙的特性，填补了二维材料的空白， 成为备受关注的新型二维材料。其良好地光吸收效率，结合它 本身的高载流子迁移率，使得黑磷在通讯及能源方而具有重要 的潜在应用价值。本文概述了黑磷的结构、直接带隙特性和其 在半导体、场效应晶体管等领域的应用。
3 黑磷的应用
二维晶体材料已成为一个类可能会影响未来电子技术的 材料。如今,基于单层黑磷的场效应晶体管厚度可降低到几纳 米。载流子迁移率与厚度相关，在厚度接近 10nm 时载流子迁 移率最高近 1000cm2·v-1·s-1 [8] 。这表明单层黑磷晶体作为一种 新的二维材料在纳米电子设备中的应用很有潜力。
关键词：黑磷；直接带隙；场效应晶体管；半导体 二维晶体以平面形式存在，犹如将三维晶体减薄至一个原 子层厚。二维材料中石墨烯以其诸多优良的性能而备受关注， 然而石墨烯缺乏带隙且与硅不相容。带隙控制电子流，是电学 应用的关键。硅则在光子元件发展中有很重要地位，因此这使 得石墨烯在光电领域的应用受到了很大的限制[1]。黑磷作为材 料用于光电器件则有许多有利的性质如载流子迁移率高,直接 带隙范围可以从在大部分晶体的 0.3 eV 到对于一个单原子层 的 1.7 -2.0 eV[2]。黑磷最大优点就在于拥有带隙，使其易于进行 光探测，这是石墨烯所不具备的特性。而且，其带隙是可通过 在硅基板上堆叠的黑磷层数来做调节，使其能吸收可见光范围 以及通讯用红外线范围的波长[3]。由此可见其在半导体和光学 等领域的巨大前景。 本文先简述了黑磷结构和部分特性，随后概述了其在半导 体、场效应晶体管等领域的应用。
哪个厂商黑磷好
哪个厂商黑磷好哪个厂商黑磷好？这是很多消费者想要搞明白的事情。
石墨烯作为刚刚兴起两三年的新材料，尚处于资本和产业“群雄逐鹿”时代。
然而，另一种新型单元素二维原子晶体材料——黑磷被发现，与石墨烯类似，黑磷具有诸多优异特性，故被称为比肩石墨烯的“梦幻材料”。
黑磷的研究和应用才刚开始，已经有很多厂家出现。
那么哪个厂商黑磷好呢？这里推荐先丰纳米。
下面就简单的介绍一番什么是黑磷。
1、黑磷是什么?黑磷，元素周期表15位，元素符号P。
黑色有金属光泽的晶体, 它是用白磷在很高压强和较高温度下转化而形成的。
2、黑磷的属性？黑磷具有正交结构且是反应活性低的磷同素异形体。
其晶格是一个相互链接的六元环，每个原子都与其他三个原子相连。
黑磷在常温常压下是一种热力学稳定的磷的同素异形体，因此黑磷难以制备，一般是通过将白磷在高压条件下(12 000 atm) 加热制得。
黑磷呈现黑色、片状，并能导电，链接原子呈褶皱的片状。
在层状黑磷结构中的声子、光子和电子表现出高度的各向异性，在电子薄膜和红外线光电子技术上有重大潜在应用价值。
常见的黑磷有四种：斜方、菱形、立方和无定形。
无定形的黑磷在125℃向红磷转变。
黑磷具有类似石墨的片状结构（波形层状结构）。
层之间的键合比层内的键合弱，与石墨相似，具有导电性。
这类晶体的本质特征不仅晶体内有共价键还有离域键和范德华力。
有些科研机构对黑磷的插层性能进行研究。
3、黑磷与石墨烯区别？与石墨烯不同在于，黑磷存在能隙，而石墨烯没有。
那能隙是什么呢？在半导体中，由于能隙的存在，半导体只有吸收足够的能量才会呈现出另一种状态，即在半导体原件中可以表示0和1。
如果没有能隙存在，就很难表示数字电路中的逻辑状态。
以上就是黑磷的简单的介绍，如果想要了解更多的问题，欢迎立即咨询南京先丰纳米公司。
先丰纳米是江苏先进纳米材料制造商和技术服务商，专注于石墨烯、类石墨烯、碳纳米管、分子筛、黑磷、银纳米线等发展方向，现拥有石墨烯粉体、石墨烯浆料和石墨烯膜完整生产线。
二维纳米材料黑磷的光电特性研究进展
范德 华 力作用 【７】。黑磷 独特 的褶皱结 构，使它 展现 出 性 ，在生物 医学领 域具 有其他 无机 纳米材 料不 具备 的
有别 于 其他 二维材 料 的优 异性 质和应 用 。首先 ，与 石 天 然 优 势 。 本 文 主 要 介 绍 了 黑 磷 的 几 种 制 备 方 法 ， 并
第 ３８卷 第 ４期 ２０１８年 ０８月
物 理 学 进 展
ＰＲＯＧ ＲＥＳＳ ＩＮ ＰＨＹＳＩＣＳ
Ｖｏ１．３８ Ｎ Ｏ．４ Ａ ｕｇ． ２０１８
二维 纳 米 材 料 黑磷 的光 电特 性研 究进 展
尤 凯熹，范涛健 ，葛颜绮 ，张 晗
深 圳大学黑磷 光电Ｉ程实验 室，光电协同刨新中心，光 电Ｉ程学院
关键 词：二维材料；黑磷制备；光电特性；光电应用
中图分类号 ： ０７９９ 文献标 识码 ： Ａ
ＤＯＩ：１０．１３７２５／ｊ．ｃｎｋｉ．ｐｉｐ．２０１８．０４．００２
３
Ｍ ４ ４ ５ ５ ６
６ ６ ７ ７
＂ ＂ ＂ ＂ ＂ ＂ ８ ８ ８ Ｏ ０ Ｏ ｌ ｌ
文章编号：１０００—０５４２（２０１８）０４—０１６３—１２
１６３
１６４
（ａ）
尤凯熹等：二维纳 米材料 黑磷的光电特 性研究进展
（ｃ）
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（ｂ）
Ｃ
ｂ
ｂ
ａ
Ｃ
图 １．（ａ）和 （ｂ）在 ａｃ和 平面 ｔ的 单层 ＢＰ 的投影 。上 部和下部原子 分别 以浅色和深色 呈现 。（Ｃ）品胞 的示意图 ． ￣＿１ ／－Ｊ 卡啊 邻层之间的 １ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ２单位的偏移 ［７１
分 稳 定 。层 内 具 有 较 强 的 共 价 键 ， 并 还 留 有 个 的 电 胞 中 ， 一 个 成 人 体 内就 含 有 ６００￣９００ ｇ 的磷 ， Ｉ 人 体
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通常做成n型半导体
可做成p型或n型半导 体
黑磷的应用
作为锂离子电池的负极材料 Electrochemical Activity of Black Phosphorus as an Anode Material for Lithium-Ion Batteries
J. Phys. Chem. C 2012, 116, 14772−14779
新型二维半导体材料oS2
黑磷
黑磷的结构
磷单质
红磷
黑磷
白磷
黑磷的制备
高温高压法 高能球磨法
• 将白磷在12000大气压下加热到200摄氏 度，可得到片状黑磷 • 对红磷或白磷进行高能球磨，可得到黑 磷粉末 • 红磷在部分金属（如：Au、Sn等）的催 化下，加热可转化为黑磷
金属催化法
黑磷的半导体性质
计算结果： 单层黑磷的禁带宽度：~2.5 eV
层数增加， 带隙降低
块状黑磷的禁带宽度：0.3 eV
黑磷 vs MoS2
MoS2
块体是间接带隙的半 导体（1.2 eV）
单层时候可以变成直 接带隙的半导体 （1.8 eV）
黑磷
无论多少层，都是直 接带隙半导体，带隙 随着层数减少而增加
黑磷的应用
Black Phosphorus and its Composite for Lithium Rechargeable Batteries
Adv. Mater. 2007, 19, 2465–2468
Graphite: 372 mA· h/g
黑磷烯的制备
黑磷烯，即单层或多层黑磷（类似于石墨烯）
表面有一层 SiO2的硅基片
实验显示，当黑磷厚度小于7.5纳米时，其在室温下可以得 到可靠的晶体管性能，其漏电流的调制幅度在10万量级， 电流-电压特征曲线展现出良好的电流饱和效应。晶体管的 电荷载流子迁移率还呈现出对厚度的依赖性，当二维黑磷 材料厚度在10纳米时，获得最高的迁移率值大约1000平方 厘米每伏每秒。这些性能表明，二维黑磷场效应晶体管在 纳米电子器件应用方面具有极大的潜力。
石墨烯
• 机械剥离 • CVD • 氧化石墨还原 • 化学合成等
黑磷烯
• 目前只有机械 剥离
黑磷烯的应用
场效应晶体管 Black phosphorus field-effect transistors
Nature Nanotechnology
红磷
高温 高压
黑磷
胶带机 械剥离
沉积金属
连续电子 束蒸发
单层黑磷烯的制备
Plasma-assisted fabrication of monolayer phosphorene and its Raman characterization
黑磷晶体
机械剥 离
多层黑磷 烯
Ar+等离 子体剥离
单层黑磷 烯
发展前景
1、纳米电子和光电应用 2、单层黑磷烯的制备与研究