黑磷详细性能参数
液相法制备黑磷的原理
液相法制备黑磷的原理黑磷是一种新兴的二维材料，具有丰富的磁电特性和优异的光电性能，在纳米电子学、能量存储和生物医学等领域具有广泛的应用前景。
液相法是一种常用的黑磷制备方法，它通过在液相环境中控制反应条件来实现黑磷的制备。
液相法制备黑磷的基本原理是利用化学反应在液相环境中实现黑磷的形成。
一般情况下，磷的存在形态有几种不同的形式，包括白磷（P4）、红磷和黑磷等。
其中，黑磷由红磷经过退火处理得到，在高温下红磷可以通过热解反应逐渐转化为黑磷。
制备黑磷的反应条件通常包括反应温度、反应时间、反应物浓度、添加剂等因素。
液相法制备黑磷的关键之一是选择合适的反应溶液。
一般来说，氨水和磷酸是液相反应中常见的反应溶液。
在液相环境中，磷酸可以被还原生成亚磷酸，然后亚磷酸再经过热解反应转化为黑磷。
而氨水可以作为一种氢源，促进亚磷酸的形成。
在制备黑磷的实验过程中，首先将红磷粉末与适量的磷酸酸化，生成亚磷酸。
然后，将亚磷酸溶液与氨水混合，在恒温条件下进行反应。
反应过程中，氨水能够作为还原剂参与反应，将亚磷酸还原为磷酸，从而促使黑磷的生成。
此外，还可以在反应体系中加入其他添加剂，如表面活性剂、稳定剂等，用于调控黑磷的性质和形貌。
液相法制备黑磷的反应温度通常在200-500摄氏度之间，反应时间可能会比较长，通常需要几个小时甚至几十个小时。
反应时间过长会导致杂质的混入，影响黑磷的纯度和晶体品质。
因此，在实验中需要控制好反应时间，确保反应的充分和均匀。
制备完成后，通过离心、过滤和洗涤等步骤可获得黑磷的纯品。
黑磷粉末常呈灰黑色，呈层状结构。
此外，在制备过程中还可以通过调控反应条件和添加剂类型等方式，实现对黑磷的形貌和性质的定向调控，包括片状结构、纳米带状结构等。
总之，液相法制备黑磷是一种简单有效的方法，通过在液相环境中控制磷的还原和反应条件，可以高效、可控地制备黑磷纳米材料。
液相法制备的黑磷具有优异的物理化学性质和广泛的应用前景，有望在新能源、光电子学和器件制备等领域发挥重要作用。
黑磷的结构及杂化方式
黑磷的结构及杂化方式引言黑磷是近年来备受关注的一种二维材料，它具有特殊的结构和优异的性质，在光电子学、能源储存、催化剂等领域有着广阔的应用前景。
本文将介绍黑磷的结构特征，并探讨其常见的杂化方式。
1. 黑磷的结构黑磷是一种由磷原子构成的二维材料，具有层状结构。
每个黑磷单层由一系列连接的六角形磷环组成，其中相邻环之间的共用原子形成了键合。
这种结构使得黑磷具有很高的柔韧性和可调控的带隙。
2. 黑磷的杂化方式黑磷可以通过多种方式进行杂化，其中最常见的方式包括顶部吸附、化学修饰和外部层覆盖。
2.1 顶部吸附顶部吸附是将其他原子或分子吸附到黑磷表面的一种方式。
这种方式可以改变黑磷的物理和化学性质。
例如，吸附金属原子可以调节黑磷的导电性，吸附有机分子可以增加其化学反应活性。
顶部吸附还可以用于制造传感器、催化剂等应用。
2.2 化学修饰化学修饰是通过在黑磷上引入新的化学基团来改变其性质。
这可以通过化学反应在黑磷表面引入新的官能团。
化学修饰可以调控黑磷的化学反应活性、稳定性和界面亲和性。
2.3 外部层覆盖外部层覆盖是指在黑磷表面添加另一层材料来增强其性能。
例如，通过在黑磷表面覆盖一层氧化物，可以增加其稳定性和光学特性。
外部层覆盖还可以用于修饰黑磷表面的光电性能，用于制备光电器件。
3. 应用前景黑磷的结构特征和杂化方式为其在各个领域的应用提供了广阔的前景。
在光电子学领域，黑磷的能带结构可以调控其电子能级，使其在光电器件中发挥重要作用。
由于黑磷具有可调控的带隙，因此可以用于制备光电转换器件、光探测器等。
在能源储存领域，通过吸附或化学修饰，黑磷的电子传输性能得到了显著提升。
黑磷可用作锂离子电池、超级电容器和储氢材料等。
在催化剂领域，黑磷具有高比表面积和丰富的表面活性位点，可以作为催化剂载体或直接参与催化反应。
通过杂化方式的调控，黑磷可以用于制备高效的催化剂，应用于水分解、二氧化碳还原和氧还原反应等。
结论黑磷作为一种新型的二维材料，具有独特的结构和优越的性质。
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。
THANKS
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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。
黑磷 光热 波长
黑磷光热波长
黑磷是一种新型的二维材料，具有许多独特的物理和化学性质，其中光热转换是其重要的应用之一。
当黑磷受到光的照射时，其吸收光能并将其转化为热能，这个过程称为光热转换。
黑磷的光热转换效率与其吸收波长密切相关。
黑磷对光的吸收主要集中在可见光和近红外区域，其吸收波长范围通常在 400nm 至2500nm 之间。
在这个波长范围内，黑磷能够有效地吸收光能并转化为热能。
具体来说，黑磷在可见光区域（400nm 至 700nm）具有较高的吸收效率，这使得它在太阳能利用和光热治疗等领域具有潜在的应用价值。
此外，黑磷在近红外区域（700nm 至 2500nm）也有一定的吸收能力，这使得它在光热成像和光传感等领域也具有一定的应用前景。
需要注意的是，黑磷的光热转换效率受到多种因素的影响，包括材料的晶体结构、表面形貌、厚度等。
因此，在实际应用中，需要对黑磷的光热特性进行深入研究和优化，以提高其转换效率和应用性能。
总的来说，黑磷的光热转换与波长密切相关，其在可见光和近红外区域具有较高的吸收效率，这为其在光热领域的应用提供了广阔的前景。
黑磷能够提升太阳能电池的效率
黑磷能够提升太阳能电池的效率研制高效的低成本的太阳能电池是全球共同面临的巨大挑战。
染料敏化太阳能电池因其具有成本低廉、工艺简单、可小型化、环境友好等优点，展现出广阔的产业化前景。
而实现太阳能电池高转化效率的首要途径是尽可能提高太阳光的利用率，这就要求电池电极能大限度地捕捉太阳发出的各种光线，并实现高效的光电转换。
新材料的研发为提升太阳能电池的效率提供了新思路。
黑磷，作为一种具有二维层状结构的直接带隙半导体材料，展现出优异的光电性能，被广泛视为新的“超级材料”，在半导体工业、光电器件、光学探测、传感器、光热治疗等多个领域展现出巨大的潜在应用价值。
近期研究发现，大小仅为几个纳米的黑磷量子点还具有很高的近红外消光系数，可实现近红外光的高效吸收。
·石墨烯·分子筛·碳纳米管·黑磷·类石墨烯·纳米材料江苏先丰纳米材料科技有限公司是国际上提供石墨烯产品很早的公司之一，现专注于石墨烯、·石墨烯 ·分子筛 ·碳纳米管 ·黑磷 ·类石墨烯·纳米材料江苏先丰纳米材料科技有限公司是国际上提供石墨烯产品很早的公司之一，现专注于石墨烯、利用黑磷量子点的近红外强吸收和高光电转换能力，将黑磷量子点沉积于多孔导电聚苯胺薄膜表面，制备出可红外光响应的光阴极，与光阳极形成互补的光吸收，将器件的光吸收范围扩展至可见-红外波段，从而组装成可双面进光的准固态染料敏化太阳能电池。
电池性能测试结果表明，沉积黑磷量子点后光阴极实现了对低能红外光子的充分利用，并有效增加了器件的光生载流子浓度，从而将太阳能电池的光电转换效率提高了20%。
该成果表明黑磷在太阳能电池、光伏器件等领域的巨大应用潜力。
先进纳米材料制造商和技术服务商——江苏先丰纳米材料科技有限公司，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，其中世界五百强客户达到10%以上。
黑磷的应用多吗？
黑磷的应用多吗？黑磷的应用多吗？黑磷作为新材料，自发现以来就被人们寄予了很高的期望，希望以及较低的生产成本让其在应用端替代石墨烯。
下面就让我们一起看看它到底有哪些应用吧。
新材料黑磷自发现以来就有着梦幻材料之称，在电子产品生产应用中有着更好的使用效果，很多人预测，石墨烯材料将会被黑磷取代，可见有很好的应用前景，目前对于黑磷的研究也是处在不断深入的阶段。
磷作为元素周期表中第十五号元素，其化合物通常具有化学发光性质，或者通过化学反应产生大部分无热光。
黑磷，一直很难制备但在纳米电子学领域具有应用前景，这与二维(单原子厚)神奇材料—石墨烯非常类似。
同石墨烯一样，黑磷在制备过程中也存在难以克服的困难，它有多层结构，为了得到所期望的二维片层，这些多层需要通过剥离工艺一层层分离开。
据国外媒体报道，都柏林三一学院的材料学家最近成功解决了这个问题。
他们发现，通过将黑磷浸没在溶液中，然后用声波轰炸它，而不是通过层层剥离，可以达到同样的效果，并且整个过程更容易、更便宜。
结果：层状结构松动分离，得到只有几个原子厚的黑磷片层。
迄今二维材料的奇异世界一直被石墨烯统治着，当石墨烯降低到一定厚度时，其导电性会达到一个极端的程度，强于凯夫拉，有望作为过滤器排从空气中吸收氢燃料。
目前，仅石墨烯的应用就有超过7000项专利，大部分被科技巨头苹果和索尼占有。
石墨烯可以说是新的硅，但并不是具有这种性质的唯一材料。
黑磷有带隙，而石墨烯是所谓的零隙半导体。
黑磷，作为可调半导体，在电子设备中或许有更多的应用：晶体管、传感器、太阳能电池、开关、电池电极等。
其中一些应用已经被测试，效果非常好。
同石墨烯一样，黑色的磷也不容易大量生产。
研究人员表示，虽然黑磷纳米片已经通过液体剥离量产，此法仍然存在问题，主要是因为黑磷纳米片不稳定，会与水或氧气反应。
必须通过有效途径，液体环境稳定剥离纳米片，防止氧化。
N-环己基-2-吡咯烷酮经实验证实，就是研究人员要找的溶液，N-环己基-2-吡咯烷酮已在电子制造领域广泛应用。
黑色磷化性能
黑色磷化性能
1、不论工件几何形状，大小，均能得到致密的黑色膜，膜层抗腐性能强，装饰性好。
2、适用范围广，处理钢材、铸铁、铸钢、高硅钢等能达到色泽均匀的黑色膜，解决了传统发兰此类工件表面为红色，褐色或棕色的质量问题。
3、无污染、无毒害，不产生有害气体，保护环境。
4、工艺简单，效能高，使用时无需现场化验，只需定期补加。
5、结合力好。
对比高温锰系磷化，本品膜层细腻，颗粒度小，盐雾实验都到防腐要求。
对比常温发黑，本品的优点是：结合力好，容易操作，盐雾实验的时间长。
新型二维半导体材料——黑磷资料
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
黑磷超越石墨烯的最大优点就在于拥有能隙，使其更容易进行光探测;而且其能隙是可通过在硅基 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。此外因为 黑磷是一种直接能隙(direct-band)半导体，也能将电子信号转成光; 石墨烯是一种无带隙的半金属半导体材料，拥有超高的电子迁移率以及宽带光吸收特性。然而，无 带隙的能带结构限制了石墨烯在光电领域的应用和发展。而黑磷的最大特点是拥有随着层数可变的 直接带隙，这恰好解决了困扰石墨烯的难题。
石 墨 烯
黑
采用超声剥离黑磷制备少层黑磷片
磷
的方法，将黑磷粉末与插层剂按照 一定的比例在有机溶剂中混合均匀
烯
，隔绝空气后通过超声水浴处理一 定的时间后经过真空抽滤、真空干
燥得到少层黑磷片材料。
针对难以实现薄层黑磷的大批量制备 问题课题组建立了利用碱性溶液液相 剥离黑磷的新方法，实现了黑磷从块 材到薄层乃至单层（黑磷烯）的高效 剥离和制备，并且，通过该方法制备 得到的黑磷可在水等传统溶剂中稳定 分散，这样大大提高了黑磷的应用范 围。
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
黑磷烯的应用
场效应晶体管Black phosphorus field-effect transistors Nature Nanotechnology
黑磷—一个注定在未来大展宏图的新材料
黑磷—一个注定在未来大展宏图的新材料作者：李政宣一基本特性（本文版权归好磷网所有，仅作交流共享之用，转载请注明出处）黑磷与红磷和白磷是磷的同素异形体，就像金刚石和石墨一样，是由同一种元素组成，结构不同的单质，化学式可写成P，其立体分子结构式和平面分子结构式分别如图1和2所示。
其外观（图3）为钢灰色，与石墨十分类似。
黑磷在室温和标准大气压下具有十分稳定的热力学形式。
那么如何获得这种物质呢？一般的做法是在封闭和高压下（12000个大气压）加热白磷获得，还有一种做法是使用汞作为催化剂，并在493~643K（200摄氏度左右）的温度下加热八天，也可获得黑磷。
黑磷属于正交结构或斜方晶系（晶胞参数特征：a≠b≠c，α=β=γ=90°），空间群为Cmca[No.64]，密度为 2.69g/cm3。
每个单胞里有8个原子。
在一定程度上有着和石墨类似的褶皱层状结构，如图1所示。
这种结构保证了黑磷具有比白磷和红磷更稳定的性质。
图1黑磷的原子结构立体图，褶皱蜂窝结构。
图片来源：Yuanbo Zhang et al.(2014) Nature Nanotechnology.图2黑磷分子结构平面图。
图片来源：维基百科图3黑磷实物图片来源：维基百科二潜在应用虽然，至今为止黑磷的成键机理尚未完全清楚，作为磷的同素异形体里最稳定的结构体，并且具有类似于石墨的层状结构，具有作为锂离子电池负极材料的潜能。
由于黑磷的极大潜力，为了加速其商业，一些实验研究者探究了黑磷的制备方法。
一项美国专利报道了一种简单且高效地制备黑磷的方法—高能球磨法(high energy ball-milling)，我国科学家也成功制备出基于具有能隙的二维黑磷单晶的场效应晶体管。
文献表明：黑磷与它的两种同素异形体白磷和红磷的体态几何与电子结构不同，黑磷层与层之间是Van der Waals力（一种分子间的作用力，一般弱于氢键）与葛生力（取向力或称静电力）的相互作用，这种相互作用改变了Py轨道上的电子分布从而大大降低带隙值，因此，从理论上说，黑磷比磷的其它同素异形体具有更好的导电性，拥有很高的电子流动性，可以用于制造高性能低成本的电子设备。
化工：国内黑磷研究逐渐火热 并取得了一定成果
1、研究进展缓慢；2、产业化应用不及预期。
相关研究： Table_Report
基础化工行业前瞻研究（四）：航空植保：助力农业现代化，发展需求强烈，空间可观 基础化工行业前瞻研究（三）：绿色轮胎：轮胎产业升级大势所趋 基础化工行业前瞻研究（二）：大气污染催生除尘需求，高端除尘材料产业稳步发展 基础化工行业前瞻研究（一）：石墨烯：研发现状与产业化趋势
数据来源：CNKI、广发证券发展研究中心
获得高质量的二维黑磷是最为关键的制备环节，研究的思路类比于结构相似的
石墨烯制备，主要的研究集中于近两年。所以二维黑磷的制备仍在研究初步阶段，
产业化尚需时日。目前制备二维黑磷的方法主要有三种：机械剥离法、液相剥离法、
脉冲激光沉积法，其中机械剥离法是最常用的方法。
图1：黑磷的结构
数据来源：CNKI、广发证券发展研究中心
与石墨类似，黑磷的结构使其可以制备二维黑磷晶体。二维材料的某些性质是 块体材料所没有的，目前石墨烯、二维过渡金属硫化物都是这个领域的先行者。单 层黑磷优异于石墨烯和二维过渡金属硫化物的性能主要体现在半导体和光电性能， 石墨烯有极高载流子迁移率，但它的零带隙效应使其无法实现半导体的逻辑开关； 二维过渡金属硫化物（如MoS2）具有不错的半导体性能，其制备的晶体管还有良好 的电信号调节性能，但它的载流子迁移率过低，限制了其在电子领域的应用。
表 1：二维材料半导体性能对比
石墨烯
带隙/eV 载流子迁移率/cm2·V-1·s-1
0 150000
数据来源：CNKI、广发证券发展研究中心
MoS2 1.8 200
薄层黑磷 0.3-1.5（可变） 1000（厚度 10nm 时）
黑磷
物理科学1301班 王瑜
简介
元素周期表第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。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。 在磷的同素异形体中反应活性最弱的， 它在空气中不会点燃。 已知道的黑磷有四种：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。
将白磷在高压下，或在常压用汞作催化剂，和以 小量黑磷作为晶种的情况下，在493~643开尔文 下加热八天,即可得到钢灰色的同素异形体----黑磷。 或用HMX药柱与白磷之间有机玻璃隔板距离为 2mm，此时输出压力可达约20GPa，HMX药柱装 药密度至少为1.8g/cm3，药柱高度10mm，直径 20mm，上表面有直径8.5mm，高55mm的凹槽以 放置**，药柱质量约为5.14g，其下放置填充白磷 的药柱，高5mm，直径20mm，外侧用有机玻璃 进行约束，爆炸时尽可能隔绝空气。 利用HMX爆炸产生的高温高压试图将白磷转 化为黑磷。
2014年3月初，在《自然· 纳米技术》杂志上，复旦大学物理系张远波教授课题 组发现了一种新型二维半导体材料——黑磷，并成功制备了相应的场效应晶 体管器件，它将有可能替代传统的硅，成为电子线路的基本材料。 他们发现，黑磷二维晶体有良好的电子迁移率(~1000cm2/Vs)，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。 除了电性能优越以外，黑磷的光学性能同包括硅和硫化钼在内的其他材料相比 也有巨大的优势。它的半导体带隙是直接带隙，即电子导电能带(导带)底部和 非导电能带(价带)顶部在同一位置，实现从非导到导电，电子只需要吸收能量 (光能)，而传统的硅或者硫化钼等都是间接带隙，不仅需要能量(能带变化)， 还要改变动量(位置变化)。 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(例如光 电传感器)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
黑磷
发展前景
特性 1、直接带隙
与石墨烯类似，黑磷具有诸多优异特性，而黑磷超越石墨烯的最大特点是，黑磷拥有随着层数可变的直接带 隙。其频间带隙（让电流通过该物质所需要的电伏）是可调谐的，也就是说，电子工程师可以通过简单的改变 二维黑磷单晶的叠层来调整带隙，这一特性有利于根据具体要求设计出期望的带隙。
更重要的是它的半导体带隙是直接带隙，即电子导电能带（导带）底部和非导电能带（价带）顶部在同一位 置，实现从非导到导电，电子只需要吸收能量（光能），这意味着黑磷和光可以直接耦合。这个特性让黑磷成 为未来光电器件的重要备选材料之一。 2、电子转移速率
研究人员还发现，黑磷二维晶体有良好的电子迁移率(~1000cm2/Vs)，可以料想，随着研究的深入和技术的进 步，这一数值有望得到进一步提高。另外，黑磷还有非常高的漏电流调制率，在这方面，黑磷是石墨烯的10000 倍，几乎可以比肩电子线路的传统材料“硅”了。
从上述特性中可以看出，黑磷未来在光电领域最有前途，然而， 黑磷的应用并不局限于光电领域，由于磷是生物体内必需的元 素，因此，其在生物医学领域的应用具有无可比拟的优势。 中科院深圳先进技术研究院联合中南大学在黑磷光伏器件 应用领域取得最新进展。团队将黑磷量子点沉积于多孔导电聚 苯胺薄膜表面，并组装成可双面进光的准固态染料敏化太阳 能电池。沉积黑磷量子点后光阴极实现了对低能红外光子的充 分利用，将太阳 能电池的光电转换效率提高了20%。研究成果 表明黑磷量子点在太阳 能电池、光伏器件等领域的巨大应用 潜力。黑磷作为一种具有二维层状结构的直接带隙半导体材料， 展现出优异的光学和电学性能，被广泛视为新的“超级材料”。
最新制取方法
目前二维黑磷的制备方法主要局限在微机械剥离法和超声辅助的液相剥离法， 这两种方法获得的黑磷尺寸一般最大为几微米，且产量相对较低，难以规模化， 限制了黑磷的大规模推广应用。 最近，深圳大学光电协同创新中心范滇元院士团队张晗教授与美国凯斯西储 大学戴立明教授、湖南大学王双印教授等合作，成功开发出一种新型、简易的热 蒸发法(Thermal-vaporization transition, TVT)，用于制备钛或碳纳米管支撑的黑磷材 料，并首次发现了所制备材料在析氧反应(Oxygen evolution reaction, OER)中的电催 化活性。在这个工作中，研究人员发展了一种将处理后的红磷进行加热蒸发和相 转变，并以钛箔或者碳纳米管为基底，使蒸汽在基底上进一步沉积，得到了黑磷/ 钛或者黑磷/碳纳米管的复合材料，该方法简易可行、可规模化，所获得的黑磷晶 体质量高，并且可以得到大面积的黑磷颗粒或者薄膜，有望大规模推广应用。
黑磷电池概念
黑磷电池概念嘿，朋友们！今天我想跟你们聊聊一个超级酷的东西——黑磷电池。
你们知道吗，在这个科技日新月异的时代，电池技术那可是相当重要啊。
就像我们生活中的小太阳，要是没了电池，咱这手机、电脑啥的不都成了摆设？我有个朋友叫小李，他可是个科技迷。
有一次我们聊天，他就跟我提到了黑磷电池。
他那眼睛放光的样子，就像发现了新大陆。
他说：“你知道黑磷不？这东西要是用在电池上，那可不得了。
”我当时就一脸懵，啥是黑磷啊？我只知道什么锂电池之类的。
小李就开始给我科普。
他说黑磷啊，就像是电池材料里的超级明星。
和我们常见的那些电池材料比起来，黑磷有着独特的优势。
你看啊，现在的锂电池，虽然已经很普及了，但是它也有不少问题呢。
比如说充电速度有时候不够快，续航能力也有极限。
这就好比一个运动员，虽然很厉害，但是也有自己的瓶颈。
那黑磷电池为啥就这么厉害呢？黑磷它有着超高的载流子迁移率。
这啥意思呢？就好比是高速公路上的汽车，载流子迁移率高，就像是高速公路特别宽阔又平坦，电子在里面跑得那叫一个快啊。
这就能让电池的充电速度大大提升。
我就想啊，要是我的手机用上黑磷电池，那我还不是分分钟就能把电充满？哪还会像现在这样，等个充电等半天，急死人了。
而且啊，黑磷电池的理论比容量相当高。
这就像是一个大水库，能储存很多的电量。
想象一下，一个小小的电池，就像一个能量小宇宙，能够让你的设备运行更长的时间。
我记得我和小李讨论的时候，我就感叹：“哇塞，这黑磷电池要是普及了，那咱们出门都不用带充电宝了吧？”小李笑着说：“那可不，到时候你的手机可能用个几天才充一次电呢。
”不过呢，黑磷电池也不是一帆风顺就能走向大众的。
它的制备过程可不容易。
我有个朋友小王在实验室里做研究，他就说黑磷的制备那可是相当复杂的。
就像做一道超级难的菜，材料要精确，火候要掌握好。
而且黑磷还比较容易被氧化，这就像一个娇弱的小宝贝，得小心翼翼地呵护着。
小王就经常抱怨说：“哎呀，这黑磷太难伺候了，稍微不注意就氧化了，前面的努力就白费了。
黑磷
新型二维半导体材料—黑磷
Hale Waihona Puke 二维(2D)材料被预期将在国际半导体技术蓝图(ITRS)所指的2028年硅材料末日接棒， 其中最知名的就是石墨烯(graphene);科学家们也正在研究其他“梦幻材料”，包括 过渡金属硫化物(transition metal dichalcogenides，TMD)，如二硫化钼 (molybdenum disulphide，MoS2)。现在又有一种新的2D材料──黑磷(black phosphorus)──被视为能解决石墨烯的一些问题。 黑磷没有石墨烯的缺点──石墨烯缺乏能隙(bandgap)而且与硅不相容;与硅的相容性 可望促进硅光子元件(silicon photonics)技术的发展，届时各种芯片是以光而非电子 来传递数字信号。率领该研究团队的美国明尼苏达大学教授Mo Li表示：“我们首度 证实了晶体黑磷光电探测器(photodetector)能被转移到硅光子电路中，而且性能表 现跟锗(germanium)一样好──这是光电探测器的黄金标准。” 磷在自然界是一种具备高度活性反应的物质──这也是为何它们被用来制造火柴── 不过将磷在烤箱中以精确的温度烘烤后，它的颜色会变黑，不但性质变得非常稳定， 还转变成一种纯晶体型态，能剥离到硅基板上。明尼苏达大学的研究人员使用20个 单层(monolayer)的黑磷打造第一款元件证实其光学电路，据说可达到3Gbps的通讯 速度。
二维黑磷单晶是纯磷可以形成的三种不同的晶体结构（或同素异形体） 之一。其他两种材料分别是用于制造烟花的白磷和用于制造火柴头的 红磷。 二维黑磷单晶由位于两个位面的波浪形磷原子组成，去年刚刚合成。 但是其属性已经使它成为材料学界的宠儿，其电子转移速率为600 cm2/vs，一些研究人员希望进一步提高这一速率；同时，其频间带隙 （让电流通过该物质所需要的电伏）是可调谐的，即电子工程师可以 通过简单的改变二维黑磷单晶的叠层调整带隙，这一特性有利于根据 具体要求设计出期望的带隙。“所有这些属性都让二维黑磷单晶成为 一种超级材料。”Tomanek 说。 研究人员正在以极快的速度推进二维黑磷单晶的产品化。去年3月2 日，张远波和复旦大学的其他同事在线发表于《自然—纳米技术》的 报告称，他们制作出了基于二维黑磷单晶的晶体三极管——这一产品 在计算机逻辑电路中发挥着“心脏”作用。两周以后，Tomanek和同 事也在美国化学学会《纳米》期刊上发表了他们利用二维黑磷单晶制 作出的晶体管的报告。
黑磷熔沸点
黑磷熔沸点
黑磷是一种重要的萘类物质，黑磷的熔沸点为98.4 ℃，是分子量为530.22的一种黑色的熔融态有机化合物。
黑磷具有极强的半导体性能，可
以用作半导体材料，是超导体的一种原料，因为它的高熔沸点可以更加有效
地转化能量。
黑磷是晚期檐板材料，广泛应用于木制品中，以其独特的色泽及多功能
性质得到普遍认可。
应用于木制品中，可以加强和保护木材，使其具有更高
的耐腐蚀性和防潮性。
另外，黑磷还可以降低木材的表面温度，这样可以保
护家庭成员免受热能的伤害。
但是由于其熔沸点太高，直接点燃黑磷是很难完成的，所以黑磷熔沸点
对于普通人来说可能感觉不太易懂。
但黑磷的熔沸点对化学研究和工程应用
却有着重要的意义，因为它可以使各种反应更高效，有助于制作出能有效地
转换能量的半导体材料。
因此，我们可以看到，黑磷的熔沸点并不是一个普通的数字，而是理解
和应用原理的重要步骤。
掌握它的熔沸点，可以帮助我们深刻地理解和解决
自然和科学世界中遇到的问题。
总之，黑磷的熔沸点对研究晚期檐板材料和半导体材料有着重要的意义，可以帮助我们更好地理解和解决自然和科学世界遇到的问题。
基于黑磷的气体传感器关键技术
监测空气污染
黑磷气体传感器可用于检测工业生产过程中的废气排放，确保企业遵守环保法规，对环境保护起到监督作用。
检测排放气体
黑磷气体传感器能够检测空气中特定气体的浓度，分析其变化趋势，从而预警自然灾害的发生，如地震、火山喷发等。
预警自然灾害
黑磷气体传感器能够检测人体呼出的气体成分，分析其中与疾病相关的气体标志物，有助于早期诊断某些疾病，如糖尿病、心血管疾病等。
未来发展前景
新材料与新工艺
研究和开发新型敏感材料和先进的制备工艺，提高气体传感器的性能和可靠性。
智能化与集成化
实现气体传感器的智能化和集成化，提高检测精度和响应速度。
多功能与多目标
开发具有多功能和多目标检测能力的气体传感器，满足复杂环境和多样化需求。
应用领域扩展
将基于黑磷的气体传感器应用于环保、医疗、安全等领域，拓展其应用范围。
05
基于黑磷的气体传感器案例分析
案例一
高效、灵敏、稳定
总结词
黑磷气体传感器在环保监测领域表现出高效、灵敏和稳定的特点，能够快速响应环境中的有害气体，为环保部门提供准确的监测数据。
详细描述
VS
精准、实时、便携
详细描述
黑磷气体传感器在医疗诊断中具有精准、实时和便携的优势，可以为医生提供准确的病人信息，有助于及时诊断和治疗。
沉积完成后，还需要进行电极的制备。通常使用金属材料作为电极，通过蒸发、溅射或电镀等方式将金属薄膜沉积在黑磷薄膜上。最后，对制备好的传感器进行结构分析和性能测试，以确保其符合设计要求。
黑磷气体传感器的制备技术
为了提高黑磷气体传感器的性能，需要进行一系列的优化措施。首先，要选择高质量的黑磷材料，并控制其纯度和结晶度。其次，要优化敏感材料的厚度和结构，以提高其对目标气体的灵敏度和响应速度。
黑磷的结构
黑磷的结构黑磷是黑色有金属光泽的晶体，是用白磷在很高压强和较高温度下转化而形成的。
黑磷在磷的同素异形体中反应活性最弱，它在空气中不会自燃。
黑磷是一种半导体，它的密度为2.70g/cm³，硬度为2。
它的晶格是由双原子层组成的，每一个层是由曲折的磷原子链组成的。
在这些链中，P—P—P键角为90°磷一磷键距为2.17埃。
黑磷在空气中是稳定的。
黑磷具有正交结构且是反应活性最低的磷同素异形体。
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。
黑磷在外观、性能和结构上都很像石墨，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。
在黑磷中光吸收对光偏振、薄膜厚度和掺杂十分敏感。
黑磷光电晶体管也表现出在红外和可见光中的高光谱检测。
黑磷与石墨的相似之处还包括可剥离的可能性，形成亚磷，一种具有优良电子转移性能的类石墨材料，剥离的黑磷暴露在空气和水中时会被氧化，在真空中加热到400 ℃时升华。
这种高质量、层数少的黑磷纳米片可以通过液相剥离制备。
黑磷制备的难度较大，大多通过高能球磨法将红磷转变成黑磷，但由于温度和压力不易控制，合成黑磷的成功率不高。
红磷矿化法是一种比较温和的制备高纯度黑磷方法。
一种方法是将红磷、Sn、SnI4密封在石英安瓿中，真空下(10-3 mbar)在管式炉中以1.35 ℃·min-1加热到650 ℃并恒温5 h，后以0.33 ℃·min-1降温到500 ℃，通过甲苯回流将目标产品与残留矿化剂分离可得黑磷产品。
此外，黑磷制备以及剥离高质量黑磷纳米片等方法的大量报道在一定程度上解决了黑磷制备难的问题。
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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。
2016年公司一期投资5000万在南京江北新区浦口开发区成立“江苏先丰纳米材料科技有限公司”，建筑面积近4000平方，形成了运营、研发、中试、生产全流程先进纳米
材料制造和技术服务中心。
现拥有石墨烯粉体、石墨烯浆料和石墨烯膜完整生产线，2017年年产高品质石墨烯粉末50吨，石墨烯浆料1000吨。
欢迎广大客户和各界朋友莅临我司指导！欢迎电话咨询或者登陆我们的官网进行查看。