磷烯综述报告.ppt

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1、新型二维晶体材料——黑磷烯汇报人：越迷贝贝学号：指导教师：目录目录背景二十一世纪是信息化的时代，电子产品更新换代越来越快电子器件的尺寸和精细度的要求也在不断的提高，传统的三维晶体材料已经不能满足科技发展的需要；工业界一直在寻找一种新的材料来制造电子器件，尤其是高性能的半导体电子器件；2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在；二维晶体材料的发现为科学家们打开了一扇新的大门。二维晶体材料二维晶体材料：由几层单原子层堆叠而成的纳米厚度的平面晶体。典型代表：石

2、墨烯、单层过渡金属二硫化物（如单层MoS2）、单层六方氮化硼以及薄层黑磷等。二维晶体材料的优异特性二维晶体材料的优异特性：比表面积：可以为化学反应提供更多反应位点的巨大的比表面积。量子尺寸效应：具有一个维度上的量子尺寸效应，是研究物质微观条件下的物理、化学现象的理想的模型。可调控性：通过表面原子吸附、元素替代掺杂、拉伸应变、不同方向边缘切割、构型设计、控制片层厚度以及缺陷工程等方法可以实现材料性能的可控调制。为研究与电子结构密切相关的光学、电学和磁学性质提供了方便。此外，二维晶体材料还具有许多特点，如：超薄、超轻、柔性等。二维

3、晶体材料可以用来制作各种各样的柔性电子器件、柔性光电器件、高功率/质量比的太阳能电池。目前人们已经研究出基于二维晶体材料的超高灵敏度光检测器、超薄太阳能电池原型器件等目录传统二维材料的缺陷石墨烯材料的电子结构中没有半导体带隙，其带隙为0。正因为这个特性，在实际应用中，原始的石墨烯材料不能解决电流的“开”和“关”的问题。正是这一缺点，弱化了石墨烯材料在计算机等器件中半导体开关方面的应用。2014年，复旦大学物理系的张远波教授课题组发现了一种性能比较完美的新型二维半导体材料——黑磷烯（Phosphorene）。磷烯的结构特点单层的

4、黑磷称作磷烯。黑磷烯是一种几何结构非常稳定的二维晶体材料，它的单胞包含四个P原子。黑磷烯的原子结构与石墨烯的结构非常相似，由六个P原子围成了一个环状的六角形结构。石墨烯所形成的原子层在同一个平面内，而磷烯层不是平面。由于SP3杂化作用，黑磷烯原子形成了一个褶皱蜂窝状的表面结构。磷烯的表征黑磷烯的拉曼特征峰有3个，分别在360，435，460cm-1处；拉曼峰位的层数依赖性；拉曼峰强的层数依赖性。磷烯的带隙直接带隙：黑磷烯价带的顶部（最大值处）与导带的底部（最小值处）都位于布里渊区的中心Γ点处；实验测出磷烯的带隙宽度为0.91e

5、V；黑磷烯的导带和价带有着截然不同的分布路径，这说明了黑磷烯有着高度的各向异性的结构特性；二维黑磷烯是一种非常典型的各向异性的直接带隙半导体材料。磷烯的带隙磷烯的带隙是可以通过磷烯的层数来调节的。单层磷烯的带隙值为1.51eV，而五层磷烯的带隙值则为0.59eV。磷烯的带隙K掺杂磷烯的各向异性黑磷具有高度各向异性的电学、光学和力学性能。为新型电子以及光电机械设备的研究指明了方向。弓形锯齿形石墨烯磷烯MoS2力学电学及光学光子学特性黑磷烯具有优异的光子学特性。黑磷烯是直接带隙半导体，电子只需吸收光能，就能从非导转变成导电，这意味

6、着黑磷烯和光可以直接耦合。包括光吸收、发射和调节在内的半导体材料的光电作用都取决于其能带间隙的大小，而黑磷烯的能隙宽度可在0.3至2.0eV之间进行调节，且其能隙可通过黑磷烯的层数及外加电场进行调节，因此，黑磷烯能够吸收和发射波长在0.6至4.0微米之间的光——既包括可见光，也包括红外光。该范围对于黑磷烯在传感器和光学通信方面的应用至关重要。目录4、黑磷烯的制备机械剥离法该方法制备出的薄层磷烯包含一至三层黑磷烯且具有良好的稳定性和结晶性；与传统的机械剥离方法相比，能够获得密度更大、质量更好的单层黑磷烯。Nitto胶带不断剥离将

7、胶带轻轻压在聚二甲硅氧烷基体上并迅速分离将粘有薄层黑磷的基体与其他受主基体轻轻接触后缓慢分离机械剥离法可获得均匀厚度、完美结构以及良好的结晶性黑磷烯，同时可通过控制等离子体的功率及压强来控制磷烯的层数。机械剥离用功率为30W、压强为30Pa的Ar+等离子体在室温下对薄层黑磷晶体进行减薄液相剥离法该方法所得晶体结构完整、没有缺陷，可控尺寸的薄层磷烯，这使得黑磷烯可应用在复合材料的增强体（大尺寸磷烯）及催化剂（小尺寸磷烯）等领域。加入黑磷块体离心分离（1000rpm,180min）液相剥离法该方法制备出的3~5层磷烯侧向面积较大，

8、1~3层磷烯侧向面积则较小。加入黑磷块体离心分离化学合成法可制备高纯度、大尺寸的薄层磷烯，且制备周期短。化学合成法通过溅射或热沉积的方式在柔性聚酯（PET）基体上沉积一层薄红磷（RP）；后将沉积有薄层红磷的基体放入多砧容器内，在保持常温下对容器加压，直到达到8GPa，形成厚度