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解密新材料黑磷：比石墨烯更“梦幻”？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准确的温度烘烤后，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)的黑磷打造元件证实其光学电路，据说可达到3Gbps的通讯速度。
高性能光电探测器仅使用几层黑磷(红色部分)，就能感测波导(绿色部分)中的光;也可用石墨烯(灰色)调节其性能(来源：College of Science and Engineering，University of Minnesota)·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、黑磷超越石墨烯的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。
黑磷材料的制备与性能调控黑磷材料是一种新兴的二维半导体材料，因其优异的电学、光学、热学和力学性能，在电子器件、太阳能电池、液晶显示、传感器等领域具有广泛的应用前景。
然而，黑磷的制备和性能调控仍然是一个挑战。
本文就黑磷的制备和性能调控进行深入探讨。
一、黑磷的制备黑磷是一种由P4分子组成的二维层状芳香锑矿材料，在自然界中通常以白、红、紫、黑等颜色的多形存在。
黑磷的制备方法主要有三种：机械剥离法、化学气相沉积法和化学还原法。
机械剥离法是通过机械剥离的方法获得薄层黑磷。
通常先制备出黑磷晶体，然后在压力较低的环境下，用胶带粘取晶体表面，然后剥离产生薄层黑磷。
虽然这种方法简单易行，但是得到的黑磷数量较少，且容易受到空气和湿度污染。
化学气相沉积法是通过在高温气氛下水热合成，然后用气相沉积的方法将金属前体和磷源混合后沉积在衬底上。
这种方法可以在大量生产和可控的环境下制备黑磷，但是需要高温、高压以及特殊环境，使得该方法的成本较高。
化学还原法是通过在高温还原环境中，将二氧化磷分解为黑磷。
这种方法操作简便，成本较低，可以得到纯度较高、单晶似乎度较高、微型结构更便于控制的黑磷。
因此，化学还原法是黑磷制备的主要方法之一。
二、黑磷的性能调控黑磷具有许多优异的性能，但是其应用受到许多制约因素限制，例如低层厚度、不稳定、氧化等。
因此，调控其物理和化学性质是实现其应用的关键。
下面我们将从三个方面对黑磷性能的调控进行探讨：宏观结构、晶体缺陷和化学修饰。
1. 宏观结构宏观结构调控是通过调整黑磷在不同表面及其形状上的分布、层数和相邻原子的相互关系。
例如，通过控制黑磷薄膜的厚度可以调控其光学性能。
在实际应用中，通过制备不同层级的黑磷样品，可以发现其光学性能会随着层级减小而改善。
此外，还可以通过引入底部支撑层或者进行手性转移来控制黑磷的形状和分布。
例如，在硅基底上添加一层二氧化硅，可以通过化学气相沉积法在二氧化硅表面上制备出具有三角形和笔直形的黑磷薄膜。
黑磷是一种新型的半导体材料，由于其具有独特的二维层状结构和优异的电学、光学、磁学等性质，因此被广泛研究。
而异质结是指由两种不同材料界面形成的结构，具有重要的应用价值。
黑磷异质结是指将黑磷与其他材料界面形成的结构，具有独特的电学、光学、磁学等性质。
黑磷异质结可以通过多种方法制备，如化学气相沉积、分子束外延等。
黑磷异质结具有以下特点：
1.具有较高的电导率和较低的电阻率，可用于制备高效的电子器件。
2.具有较强的光吸收能力和较高的光电转换效率，可用于制备高效的太阳能电池和光电探测器等。
3.具有较好的磁性能，可用于制备高效的磁性存储器和磁性传感器等。
4.具有较高的化学稳定性和生物相容性，可用于制备生物传感器和药物递送系统等。
黑磷异质结的研究和应用具有重要的意义，可以促进半导体材料的发展和应用，推动信息技术、能源技术、生物技术等领域的发展。
“材料黑马”——二维黑磷磷烯具有优于石墨烯的光学特性黑磷是磷的一种同素异形体，结构上有块状和二维单晶结构2种。
二维单晶结构的黑磷具有诸多优异特性，最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。
现在黑磷二维材料已经成为了晶片界的一个新宠，有望成为未来电子设备的新材料。
石墨烯是当今时代的“材料之王”，其“洪荒之力”可以应用到各个领域。
但是在电子设备领域，石墨烯存在一个重大的缺陷——其本身没有能隙，不能与硅相容，这限制了它在半导体工业和光学器件等领域的应用。
黑磷作为一种新的二维材料，被视为能解决石墨烯性能上存在的一些问题的材料。
形象化的来讲，石墨烯像金属，但磷烯单晶天生就是半导体，它很容易被“打开”和“关闭”。
磷烯单晶拥有很高的电子流动性，可用于制造高性能低成本电子设备。
目前研究成果可以看出，在电子光电领域，二维黑磷有着石墨烯无法比拟的优势。
黑磷二维单晶片层由双层原子组成，厚度为一个原子，具有天然带隙，与硅有较好的相容性。
这可望促进硅光子元件技术的发展，届时各种芯片是以光而非电子来传递数字信号。
黑磷的半导体能隙是直接能隙，即导带底部和价带顶部在同一位置，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。
其能隙还可藉由在硅基板上堆栈的黑磷层数来进行调节，使其能吸收可见光范围以及通讯用红外线范围的波长。
加上黑磷电子迁移速度快，有望在光电领域得到广泛应用。
磷烯近几年国内外研究状况黑磷具有独特的几何及电子结构和优异的性能，在晶体管、传感器、太阳能电池及光电子器件等领域应用前景广阔。
通过下表，我们来看一下黑磷的国内外研究情况：表1 国外研究机构关于黑磷研究的成果表2 国内研究机构关于黑磷研究的成果石墨烯和黑磷，本来是一对亲戚。
按年分排的话，黑磷要比石墨烯小上十岁左右。
然而，长江水浪打浪，后浪到底能不能把前浪拍在沙滩上，就需要时间去证明了。
2024年黑磷市场规模分析概述黑磷，又称为磷黝黑、黑磷矿，是一种重要的无机化合物，具有广泛的应用领域。
随着科技的不断进步，黑磷在半导体、光电子、能源存储等行业中扮演着重要的角色。
本文将对黑磷市场规模进行分析，以了解其发展现状及未来趋势。
市场规模分析1. 市场概况黑磷市场在过去几年呈现出高速增长的趋势。
随着人们对可持续发展和清洁能源的需求不断增加，黑磷作为一种新型材料，具有优异的性能和应用前景，在市场上受到越来越多的重视。
目前，黑磷市场主要集中在亚太地区，尤其是中国市场的需求量不断增加。
2. 市场驱动因素2.1 技术进步黑磷作为一种新型的二维材料，具有诸多优良特性，如优异的电学、光学和热学性能。
这些特性使得它在半导体领域有着广泛的应用潜力，可以应用于电子器件、光电子器件等领域。
随着科技的进步，黑磷的制备工艺不断改进和完善，推动了市场的快速发展。
2.2 清洁能源需求增加清洁能源的需求不断增加，推动了光伏和能源存储市场的发展。
黑磷作为一种优良的光电转换材料，可以应用于太阳能电池、锂离子电池等领域，有望成为新一代清洁能源技术的关键材料。
因此，黑磷市场在清洁能源行业有着巨大的发展潜力。
2.3 新兴应用领域需求增加随着人们对科技创新的需求不断增加，黑磷的应用领域也在不断拓展。
目前，黑磷已经在传感器、催化剂、生物医学等领域得到了广泛应用。
随着技术的不断进步，黑磷有望在更多新兴应用领域发挥重要作用，进一步推动市场的增长。
3. 市场前景与发展趋势黑磷市场在未来有着较大的发展潜力。
以下是一些市场前景和发展趋势的分析：3.1 市场规模扩大随着全球对可持续发展和清洁能源的需求不断增加，黑磷市场规模有望持续扩大。
特别是在亚太地区和一些发展中国家，由于政策支持和市场潜力的鼓励，黑磷市场将迎来更大的发展机遇。
3.2 技术创新驱动技术创新是推动黑磷市场发展的重要驱动力。
不断改进和创新黑磷的制备工艺和应用技术，将有助于提高黑磷的性能和降低成本，从而进一步推动市场的增长。
