清華-伯克利深圳學院劉碧錄團隊在黑磷材料的可控制備及性質調控...

2021-01-10 清華大學新聞網
清華-伯克利深圳學院劉碧錄團隊在黑磷材料的可控制備及性質調控方面取得新進展

清華新聞網3月4日電 二維材料因其優異的電學、光學、力學和磁學性質，以及其在電子、光電子和自旋電子器件等領域的廣闊應用前景，近年來引起研究人員的廣泛關注。其中，黑磷（Black phosphorus, BP）作為一種新型的二維材料，具有較高的載流子遷移率，從可見光到中紅外區域的可調帶隙以及各向異性的電子和光學特性，使其在高性能電子和光電子學等領域具有廣泛的應用潛力，可用於製備具有高靈敏度的中紅外光電探測裝置。為了實現基於黑磷電子學和光電子學器件的大規模應用，對其電子特性的調控非常重要，而原子摻雜是實現這一目標行之有效的策略。然而，目前黑磷的製備和控制摻雜仍存在產率低、摻雜濃度低等問題，對黑磷生長機理的研究也是一個重大挑戰。清華-伯克利深圳學院（簡稱TBSI）劉碧錄團隊對此探索研究，開發了一種新型普適的製備黑磷和摻雜黑磷的方法——均勻溫度下短程輸運生長策略，實現了高產率、高質量黑磷晶體的可控制備，轉化率高達98%以上。通過類似的方法，可以將各種元素均勻且可控地摻雜到黑磷中，產率同樣高達90%以上。 

圖1:均勻溫度短程輸運策略生長高產率、高純度黑磷晶體

 

圖2：純淨黑磷的結構和光譜學表徵

研究表明，此方法製備的摻雜黑磷（1.2wt% Sb, 0.45wt% Se,  0.42wt% Te,  0.36 wt% Bi,  72.8wt% As）具有目前報導最高的摻雜濃度，且摻雜原子種類較多(如：Se, Te, Sb, Bi, As, Co, Fe, Mn等)，是一種普適性的摻雜方法。通過結構和光學表徵顯示，製備得到的黑磷及摻雜黑磷具有較高的結晶度和純度。此外，該研究還發現摻雜可以有效調控黑磷的電子結構，包括調節黑磷的功函數和導帶、價帶的位置。理論和實驗結果顯示，適當元素（例如Sb，Te等）的摻雜可以有效提升黑磷的化學穩定性，提高黑磷的電學性能。以上研究結果對理解黑磷製備過程中的基礎科學問題和生長機理研究具有重要指導意義，為基於黑磷的電子和光電子器件的基礎研究和應用打下了堅實基礎。 

圖3：各種元素摻雜黑磷的結構和光譜學表

徵 

圖4：各種不同元素摻雜對黑磷電學性能的調控

 

圖5：暴露於環境中的黑磷及摻雜黑磷納米片的穩定性研究

相關研究成果近期在線發表於《今日材料》（Materials Today）期刊，題為「高產率黑磷和摻雜黑磷的可控制備及電學性質調控」（High Yield Growth and Doping of Black Phosphorus with Tunable Electronic Properties）。論文共同第一作者為TBSI科研助理劉明強、博士後馮思敏，論文通訊作者為TBSI劉碧錄副教授。該研究由國家自然科學基金委、科技部以及深圳市經信委、科創委和發改委等部門支持。

論文連結：

https://doi.org/10.1016/j.mattod.2019.12.027 

供稿：清華-伯克利深圳學院

編輯：李華山

審核：呂  婷

相關焦點

  • 清華-伯克利深圳學院劉碧錄、鄒小龍團隊發文探討二維材料大電流產...
    清華-伯克利深圳學院劉碧錄、鄒小龍團隊發文探討二維材料大電流產氫電催化劑清華新聞網1月18日電 1月17日，清華-伯克利深圳學院劉碧錄、鄒小龍、成會明團隊在《自然·通訊》 （Nature Communications）期刊上在線發表了題為「調控結構及表面化學製備pH普適大電流產氫電催化劑」（Morphology and Surface Chemistry
  • 清華-伯克利深圳學院成會明、劉碧錄團隊提出「溶解-析出」方法...
    清華新聞網6月2日電（通訊員 蔡正陽）近日，清華-伯克利深圳學院（以下簡稱TBSI）成會明、劉碧錄團隊開發了一種基於「溶解-析出」機理生長二維過渡金屬硫族化合物的普適方法。二維過渡金屬硫族化合物（TMDCs）因其優異的電學、光學、力學和磁學性質，以及其在電子、光電子和自旋電子器件等領域的應用前景，近年來引起了研究人員的廣泛關注。化學氣相沉積（CVD）是生長二維材料的重要方法之一。
  • 清華綜述:CVD生長二維材料,可控制備、高質量材料及生長機理
    二維材料具有高遷移率、帶隙可調、大比表面積和原子級厚度等優點，在電子、光電子、傳感器、柔性器件等領域具有廣闊的應用前景。材料的可控制備是二維材料應用的前提，化學氣相沉積（CVD）是製備二維材料的重要方法。
  • 清華-伯克利深圳學院二維材料廉價礦物電催化劑大電流產氫相關研究...
    清華新聞網7月29日電 7月24日，清華-伯克利深圳學院劉碧錄、成會明團隊在《自然·通訊》（NatureCommunications）期刊上在線發表了題為「大規模製備廉價礦物基二維材料大電流產氫電催化劑」（High-Throughput Production of Cheap Mineral-Based Two-Dimensional Electrocatalysts
  • 清華-伯克利深圳學院團隊發文提出二維材料的巨磁光克頓-穆頓效應
    清華新聞網7月31日電 7月24日，清華-伯克利深圳學院劉碧錄、成會明團隊與英國曼徹斯特大學諾貝爾物理獎得主安德烈•蓋姆團隊合作在《自然·通訊》（Nature Communications）期刊上在線發表了題為《二維材料分散液的巨磁致雙折射效應及磁控變色》（Giant magneto-birefringence
  • 清華-伯克利深圳學院王曉浩林立偉團隊在《科學·機器人學》發文...
    清華-伯克利深圳學院王曉浩林立偉團隊在《科學·機器人學》發文報導可高速運動的耐擠壓柔性機器昆蟲清華新聞網8月6日電（通訊員 張旻）8月1日，清華-伯克利深圳學院王曉浩/林立偉團隊在《科學·機器人學》（Science Robotics）上發表題為「可高速運動的超魯棒類昆蟲柔性機器人」（Insect-scale
  • 科學家發表石墨烯和孔石墨烯材料的化學和應用前景研究進展綜述文章
    近日，中國科學院大連化學物理研究所二維材料與能源器件研究組研究員吳忠帥和中國科學院金屬研究所、清華-伯克利深圳學院成會明合作，應邀發表題為《石墨烯和孔石墨烯材料的化學和應用前景》（The Chemistry and Promising Applications of Graphene and Porous Graphene Materials
  • 在清華-伯克利深圳學院學習是一種怎樣的體驗?
    概況　　清華-伯克利深圳學院採用華為遠程教育解決方案，可隨時進行遠程教學活動、召開日常辦公溝通會議、方便與全球各大高校進行遠程學術交流，極大的提高了遠程教學及溝通的效率。　　背景　　清華-伯克利深圳學院（簡稱TBSI）由深圳市人民政府、清華大學與加州伯克利大學於2014年聯合成立，致力於培養全球科技領袖和未來企業家。
  • 清華-伯克利深圳學院醫學實驗室即將建成
    清華-伯克利深圳學院醫學實驗室即將建成來源：21世紀經濟報導 2016-9-24 肖玫麗　　在美國伯克利要20年才能建成的學院，在深圳，或許只需要三年。　　正在開展的2016深圳國際BT領袖峰會上，清華-伯克利深圳學院精準醫學與公共健康研究中心共同主任Gerard Marriott教授作為對話嘉賓，參與探討「精準醫療國際協同創新」。　　Gerard  Marriott在接受21世紀經濟報導記者採訪時透露：「學院成立兩年，今年是第二年招收博士，第一年招收碩士。
  • 清華大學材料團隊和科研成果信息推介!帶您全面了解清華大學材料學院~
    新型陶瓷與精細工藝團隊（4項）1、人工非線性光學材料成果簡介：近日，清華大學材料學院周濟教授課題組在物理學頂級期刊《物理評論快報》（PhysicalReviewLetters）上發表題為「由電磁耦合超構分子產生的人工非性」（ArtificialNonlinearityGeneratedfromElectromagneticCouplingMeta-molecule
  • 清華-伯克利深圳學院畢業可拿雙碩士
    深圳特區報訊 （記者 黃付平）近日，記者從清華-伯克利深圳學院了解到，清華大學與美國加州伯克利大學籤署清華-伯克利深圳學院雙碩士學位項目協議，學生有機會通過2年半到3年時間，同時獲得清華大學的工學碩士學位和加州伯克利大學雙工程碩士學位。這是伯克利歷史上第一個在海外舉辦的雙碩士學位項目，也是目前唯一運行的此類項目。
  • RISC-V國際開源實驗室將依託清華-伯克利深圳學院建設
    RISC-V國際開源實驗室將依託清華-伯克利深圳學院建設清華新聞網6月14日電 （通訊員 馬小帥 陳超群） 當地時間6月12日， 圖靈獎得主、計算機體系結構領域享譽世界的科學家大衛·帕特森（David Patterson）在瑞士宣布，將依託清華-伯克利深圳學院（TBSI），建設RISC-V國際開源實驗室（RISC-V
  • 清華-伯克利深圳學院雙碩士學位項目今秋招生
    深圳晚報訊 （記者 陳簡文 通訊員 李敏輝） 記者從清華-伯克利深圳學院（Tsinghua-Berkeley Shenzhen Institute, 以下簡稱「TBSI」）獲悉，日前，清華大學校長邱勇，教務長、副校長楊斌一行訪問了美國加州伯克利大學，與加州伯克利大學校長Nicholas Dirks等深入探討了清華-伯克利深圳學院合作辦學的若干重要問題
  • 清華-伯克利深圳學院國際顧問委員會第二次會議召開
    清華-伯克利深圳學院國際顧問委員會第二次會議召開清華新聞網7月23日電（通訊員 馬小帥  攝影 餘飛慧）7月17-19日，清華-伯克利深圳學院（以下簡稱TBSI）國際顧問委員會第二次會議在惠州舉行，來自美國、英國、日本等國家的學界權威和業界領袖應邀參加，一同聽取TBSI
  • 清華-伯克利深圳學院在用於脈診的可穿戴傳感系統方面取得重要進展
    清華-伯克利深圳學院在用於脈診的可穿戴傳感系統方面取得重要進展清華新聞網10月11日電 10月4日，清華-伯克利深圳學院數據科學與信息技術中心林立偉、王曉浩課題組、清華大學深圳研究生院先進位造學部董瑛課題組在材料學國際知名期刊《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）上發表了題為《利用可穿戴壓電駐極體傳感系統實現基於脈診的健康狀況評估
  • 圖靈獎得主大衛·帕特森宣布依託清華-伯克利深圳學院建設RISC-V...
    當地時間6月12日， 圖靈獎得主、計算機體系結構領域享譽世界的頂級科學家大衛·帕特森（David Patterson）在瑞士宣布，將依託清華-伯克利深圳學院（TBSI），建設RISC-V國際開源實驗室（RISC-V International Open Source
  • 北京大學新材料學院:發現自旋電子超交換相互作用如何調控鋰電池...
    【成果簡介】北京大學深圳研究生院新材料學院潘鋒教授團隊通過第一性原理計算，發現三元層狀正極材料中過渡金屬離子之間「自旋電子超交換」作用。在美國伯克利國家實驗室楊萬裡教授參與軟X射線的實驗測量和機理討論。以上工作得到了國家材料基因組重大專項（2016YFB0700600）、國家自然科學基金（Nos． 21603007 and 51672012）、深圳市科技創新委 （Nos．JCYJ20150729111733470 and JCYJ20151015162256516）的資助支持。
  • 清華-伯克利深圳學院成立學術倫理審查委員會
    新華社北京12月15日電 為促進科研項目健康發展，清華-伯克利深圳學院日前設立學術倫理審查委員會（Institutional Review Board，簡稱IRB）。此次批准設立的學術倫理審查委員會（IRB）將由學院全職教授彼得·洛比（Peter E. Lobie）院士和伯克利加州大學倪楚勇（John Ngai）教授領銜籌備。他們在學術倫理審查工作方面均擁有豐富的國際實踐經驗。該審查委員會的設立，將保證學院科研項目的健康發展以及相關技術的正確運用。
  • 南科大程春團隊在軟體機器人及電池材料研究取得系列進展
    程春課題組與其合作團隊研發出一種具有三維多級結構的「樹木耳」狀碳化鉬-石墨烯-氮摻雜碳泡沫 (GCF-G@Mo2C) 複合材料，將該材料與硫進行複合即可製得高性能的鋰硫電池正極材料。課題組研究助理教授牛樹章和清華-伯克利深圳學院博士生張思偉為該文章的共同第一作者，程春為唯一通訊作者，南科大為第一通訊單位。