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石墨烯作為一種奇跡材料，被譽(yù)為電子產(chǎn)品的未來(lái)。但現(xiàn)在它的一個(gè)“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(gè)新材料金礦。
元素周期表第15位，元素符號(hào)P。黑色有金屬光澤的晶體, 它是用白磷在很高壓強(qiáng)和較高溫度下轉(zhuǎn)化而形成的。
在過(guò)去的幾年中，二維結(jié)晶體已經(jīng)作為某些最令人激動(dòng)的新材料，出現(xiàn)在人們的考慮范圍內(nèi)。所以材料科學(xué)家們也迫不及待地想要發(fā)現(xiàn)石墨烯、氮化硼、二硫化鉬等物質(zhì)的非凡屬性。
這一集體的新成員是黑磷，磷原子在黑磷中結(jié)合在一起，形成一個(gè)二維的褶皺薄片。去年，研究人員用黑磷造出了一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管收音機(jī)并證明該收音機(jī)工作效果極佳。這一研究表明，黑磷能在納米電子設(shè)備領(lǐng)域前景廣闊。
但有一個(gè)問(wèn)題，黑磷難以大批量生產(chǎn)，而今年年初，來(lái)自愛(ài)爾蘭都柏林圣三一學(xué)院的達(dá)米安·漢?。―amien Hanlon）和幾位同伴宣稱(chēng)他們解決了這一問(wèn)題。
這些人在他們能控制的范圍內(nèi)，完善了一種制造大量黑磷薄片的方法。他們還用這種新發(fā)現(xiàn)的方法在一些新應(yīng)用上對(duì)黑磷進(jìn)行了測(cè)試，比如氣敏傳感器、光學(xué)開(kāi)關(guān)等，他們甚至用這一方法強(qiáng)化了復(fù)合材料，讓它們更堅(jiān)固。
在數(shù)量較大的形態(tài)下，黑磷包括多層，類(lèi)似于石墨。因此，將單個(gè)薄片分離出來(lái)的一個(gè)方法是脫落法，就是利用思高透明膠帶或其他材料讓各層脫落。這是一個(gè)耗時(shí)的工作，嚴(yán)重限制了潛在的運(yùn)用。
因此漢隆等人一直在考慮另一種辦法。他們的辦法是把黑磷塊放進(jìn)液體溶劑，然后用能將材料震開(kāi)的聲波沖擊黑磷塊。
結(jié)果是大塊分離成大量薄片，團(tuán)隊(duì)用離心機(jī)按不同尺寸過(guò)濾這些薄片。最終留下只有幾層的高質(zhì)量納米薄片?！耙合嗝撀涫且环N強(qiáng)大的技術(shù)，能造出相當(dāng)大批量的納米薄片。”他們說(shuō)。
黑磷納米薄片可能遇到的一個(gè)問(wèn)題是，遇水或遇氧氣時(shí)會(huì)迅速降解。因此這一團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)的一項(xiàng)進(jìn)步就是，預(yù)測(cè)到某些溶劑會(huì)在薄片周?chē)纬梢粋€(gè)溶劑化層，防止氧或其他氧化物接觸到磷。
團(tuán)隊(duì)用N-環(huán)己基吡咯烷酮或CHP作為溶劑，正因如此，納米薄片出人意料地耐久。
與石墨烯相比，黑磷的巨大優(yōu)勢(shì)在于，黑磷具有一個(gè)自然的帶隙，物理學(xué)家可以利用這一帶隙來(lái)制造晶體管收音機(jī)等電子設(shè)備。但漢隆等人表示，新發(fā)現(xiàn)的黑磷納米薄片讓他們還能對(duì)一些其他想法進(jìn)行試驗(yàn)。
例如，他們把納米薄片加到聚氯乙烯薄膜上，從而使得其強(qiáng)度翻一倍，拉伸韌性也增加六倍。因此，納米薄片不僅僅是能提高強(qiáng)度的碳同素異形體。
他們還通過(guò)測(cè)量傳輸?shù)墓饬?，確定了納米薄片對(duì)脈沖激光器的非線(xiàn)性光感應(yīng)。最后發(fā)現(xiàn)，隨著張力的增加，黑磷吸收的光量有所減少，這是一種被稱(chēng)為飽和吸收的屬性。另外，黑磷在這一點(diǎn)上的表現(xiàn)甚至優(yōu)于石墨烯。
最后，他們測(cè)量了納米薄片遇到氨時(shí)通過(guò)納米薄片的電流。他們發(fā)現(xiàn)，材料在接觸氨時(shí)電阻有所增加，這可能是因?yàn)榘狈懦龅碾娮幽軌蛑泻秃诹妆∑械目锥础?/p>
這一發(fā)現(xiàn)結(jié)果立即讓黑磷成了相當(dāng)不錯(cuò)的氨探測(cè)器。漢隆等人稱(chēng)，這一材料探測(cè)氨的水平可以達(dá)到約十億分之八十。
這些成績(jī)標(biāo)志著黑磷相關(guān)研究出現(xiàn)了有趣的巨變。很多人將會(huì)看到石墨烯那非凡的屬性所帶來(lái)的騷動(dòng)，而黑磷如果能達(dá)到其一半，對(duì)材料科學(xué)家來(lái)說(shuō)會(huì)是相當(dāng)有意思的前景。