石墨烯作為一種奇跡材料，被譽為電子產品的未來。但現在它的一個“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發光性質，或者通過化學反應產生大部分無熱光。

    黑磷，一直很難制備但在納米電子學領域具有應用前景，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，它有多層結構，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。

    據國外媒體報道，都柏林三一學院的材料學家最近成功解決了這個問題。他們發現，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，可以達到同樣的效果，并且整個過程更容易、更便宜。結果：層狀結構松動分離，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治著，當石墨烯降低到一定厚度時，其導電性會達到一個極端的程度，強于凱夫拉（譽為地球上最強的材料），有望作為過濾器排從空氣中吸收氫燃料。

    目前，僅石墨烯的應用就有超過7000項專利，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的唯一材料。

    黑磷有帶隙，而石墨烯是所謂的零隙半導體。黑磷，作為可調半導體，在電子設備中或許有更多的應用：晶體管、傳感器、太陽能電池、開關、電池電極等。其中一些應用已經被測試，效果非常好。同石墨烯一樣，黑色的磷也不容易大量生產。

    研究人員表示，雖然黑磷納米片已經通過液體剝離量產，此法仍然存在問題，主要是因為黑磷納米片不穩定，會與水或氧氣反應。必須通過有效途徑，液體環境穩定剝離納米片，防止氧化。N-環己基-2-吡咯烷酮經實驗證實，就是研究人員要找的溶液，N-環己基-2-吡咯烷酮已在電子制造領域廣泛應用。

    黑色磷的確是黑色的，不像它的同素異形體能發光，但它對光線的分散效果確實非常好，甚至優于石墨烯。正因為如此，它非常適合應用于光電領域。全新的明星材料，正在綻放光芒。

    科學家不斷的尋找能夠使芯片上集成更多晶體管的材料，麥吉爾大學和蒙特利爾大學的新研究進一步證明，黑磷可能成為一個強有力的候選者。

    今天在自然通訊上發表的一項研究中，研究人員報告說，當電子在磷晶體管中移動時，他只在兩個維度上進行。這一發現表明，黑磷能幫助工程師克服未來電子產品的一個具大挑戰：設計高能效晶體管。

    這項工作是Szkopek的納米電子學研究小組與麥吉爾物理系納米科學實驗室的Guillaume Gervais教授，以及蒙特利爾大學化學系Richard Martel教授的納米結構研究小組的多學科協作。

    “世界上對黑色磷產生了巨大的新興的興趣，”Szkopek說。 “我們仍然還有很長的路要走才能看見原子層晶體管變成商業產品，但現在我們已經更近了一步。”
 

責任編輯：王元

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