深大團隊製備出高性能黑磷電晶體

2021-02-08 SZNEWS

深圳特區報訊（記者 馬璇）記者昨天從深圳大學獲悉，該校二維材料光電科技國際合作聯合實驗室的張晗特聘教授團隊與中科院深圳先進技術研究院喻學鋒研究員團隊和武漢大學廖蕾教授團隊合作，在二維黑磷領域取得新進展，通過金屬離子修飾的方法製備出高穩定性且高性能的黑磷電晶體。該成果最近以論文的形式發表在材料學領域的權威刊物《Advanced Materials》上，引發業界關注。

黑磷是一種類石墨烯的新型二維材料，由於它擁有可控調節的能隙，可將電子信號轉成光信號，具備一些石墨烯所不具備的特性，故被視為一種新的超級材料，在電晶體、光電器件、催化和生物醫學領域擁有巨大應用潛力。然而，黑磷的不穩定性限制了其在很多領域深入的研究和應用。在黑磷國際研究剛剛起步階段，張晗和喻學鋒就帶領團隊率先成功建立了針對「黑磷」的液相製備新方法，還利用黑磷成功實現了對光纖雷射器的鎖模，並在「薄層黑磷的大批量製備」上取得了突破，成為黑磷這一新型二維材料光學領域研究的領頭人。

然而，如何在增強穩定性的同時，保持甚至提高黑磷的電學性能是當前該領域所面臨的一個關鍵難題。在本項研究中，研究團隊發明了一種金屬離子修飾黑磷的方法，通過陽離子-π相互作用，在溶劑中自由分散的金屬陽離子（如銀離子）可以自發的吸附到黑磷的表面，鈍化黑磷中磷原子的孤對電子，進而極大提高了黑磷片層的穩定性。由於金屬離子和黑磷之間是一種較弱的超分子相互作用，金屬離子對黑磷的修飾過程較之前開發的化學方法更加可控，而且普適性更高，除銀離子外，鎂離子、鐵離子、汞離子都可以實現對黑磷穩定性的增強和半導體特性的調控。這種技術為製備高穩定性且高性能黑磷電晶體提供了一種簡單有效的新方法，並且可極大拓展黑磷在各種電子和光電器件領域的應用。

此項研究得到了國家自然科學基金、深圳市孔雀團隊、深圳市基礎研究布局等項目資助。

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  • 【中國科學報】探尋黑磷的「殺手鐧」應用
    團隊製備的黑磷晶體。　　規模化製備實現量級突破　　要想讓黑磷替代傳統磷資源成為工業中的「主角」，規模化製備是最基礎也是最關鍵的一步。據王佳宏回憶，早期重複前人的製備方法，單次產量還不到0.5克。　　「氣壓太大，投料量大了容易炸管。」