一种大规模制备双层结构黑磷的方法
【技术领域】
[0002] 本发明涉及双层结构黑磷制备工艺领域，具体涉及一种大规模制备双层结构黑磷 的方法。 技术背景
[0003]二维晶体材料因具备优越的电气性能，受到半导体材料研宄领域的高度重视。二 维石墨烯的发现宣告了真正意义上的二维材料的出现，近年来一直作为研宄热点。
[0004] 然而，由于石墨烯的加工成本高昂，且不具有半导体带隙，无法实现数字电路的逻 辑开与关，阻碍了石墨烯的应用。
[0005] 因此，寻求一种替代石墨烯的材料的需求显得极为迫切。
[0006]黑磷作为新发现的可制备成二维晶体材料的物质，近两年来成为新的科研热点。 2014年的《自然?纳米技术》杂志刊载了利用黑磷制备场效应晶体管器件的研宄，使得黑磷 的研宄再次达到高潮。
[0007] 然而，在现有技术中，制备双层结构黑磷的方法主要还停留在机械剥离方法上，效 率十分低下。因此，在已知黑磷具有广阔应用前景的基础下，亟待开发一种大规模制备双层 结构黑磷的方法。
【发明内容】
[0008] 针对现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种大规模制备双层结构黑磷的方 法，该方法包括如下步骤： 1) 将白磷或红磷在6-8 Kbar压力下，于温度600-800°C，反应至少1 min; 2) 将步骤1)所得物置于乙醇水溶液中浸泡4-6 h ; 3) 利用超声波处理至少10 min，超声波功率为70-80 W。
[0009] 优选的，所述步骤1)中的温度为750°C。
[0010] 进行高温高压处理时，片层间会产生气泡使得黑磷各片层相互剥离。发明人发现， 在压力为6-8 Kbar下，温度为750°C时，利于黑磷各片层间的剥离。但需指出的时，在该情 况下，各片层间的剥离，并没有达到最大化，只是经过750°C处理后，再结合本发明后续步 骤，可得到最高的双层结构黑磷生成率。对于黑磷大规模制备而言，温度越高，成本相应的 便会越高，更重要的是，温度越高，不一定便可以得到更好的双层结构黑磷生存率。如其中 一个实施例所示，当温度达到1050°C时，双层结构黑磷的生成率范围小幅度降低。
[0011] 优选的，所述步骤1)的反应时间为10 min。
[0012] 反应时间对于黑磷片层的剥离较为重要，虽然高温处理不需太长时间，但较长的 处理时间可以获得更好的双层结构黑磷生成率。10 min的处理时间，只是在获得良好双层 结构黑磷生存率的前提下，节省了成本。
[0013] 优选的，所述步骤2)中，乙醇和水的体积比为2-3:1，浸泡时间为5 h。更优选的， 所述乙醇和水的体积比为12:5。
[0014] 发明人发现，将高温高压处理后的黑磷放置在乙醇水溶液中一段时间后，而非立 即进行超声处理，所得的双层结构黑磷的生产率更好。当乙醇和水的体积比为12:5时，双 层结构黑磷生成率的提升更为显著。
[0015] 优选的，所述超声波功率为75 W，处理时间为15 min。更优选的，所述超声波功率 为75 W，处理时间为30 min 发明人发现，在本发明中，要实现双层结构黑磷的制备，超声波功率至少要达到60W以 上，在70W功率以上时，可获得较好的生成率。当功率为75 W，处理时间为15 min，生成率 达到很好的水平。当处理时间为30 min时，生成率还有小幅提升。
[0016] 本发明的有益效果： 本发明的制备工艺简单，可以获得较高生成率的双层结构黑磷，其生成率可达91.0%; 本发明制备工艺成本低廉，易于大规模应用。
【具体实施方式】
[0017] 下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只是用 于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练 人员根据上述
【发明内容】
所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
[0018] 在所有的实施例中，高压环境由Riken CAP-07仪器提供。黑磷的厚度利用原子力 显微镜测试，厚度为l〇A左右，判定为双层结构黑磷。
[0019] 实施例1 1) 将白磷在6Kbar压力下，于温度600 °C，反应1 min ; 2) 将步骤1)所得物置于乙醇水溶液中浸泡4 h，乙醇与水的体积比为2:1 ; 3) 利用超声波处理10 min，超声波功率为70W。
[0020] 实施例2 1) 将白磷在8Kbar压力下，于温度800°C，反应lOmin ; 2) 将步骤1)所得物置于乙醇水溶液中浸泡6 h，乙醇与水的体积比为3:1 ; 3) 利用超声波处理15 min，超声波功率为80W。
[0021] 实施例3 1) 将红磷在7Kbar压力下，于温度750°C，反应lOmin ; 2) 将步骤1)所得物置于乙醇水溶液中浸泡5h，乙醇与水的体积比为12:5 ; 3) 利用超声波处理15 min，超声波功率为75W。
[0022] 实施例4 1) 将白磷在7Kbar压力下，于温度750°C，反应lOmin ; 2) 将步骤1)所得物置于乙醇水溶液中浸泡5h，乙醇与水的体积比为12:5 ; 3) 利用超声波处理30 min，超声波功率为75W。
[0023] 对比实施例 1) 将红磷在7Kbar压力下，于温度1050°C，反应lOmin ; 2) 将步骤1)所得物置于乙醇水溶液中浸泡5h，乙醇与水的体积比为12:5 ; 3)利用超声波处理30 min，超声波功率为75W。
[0024] 实验例 对实施例1-实施例4和对比实施例进行双层结构黑磷的生成率检测。结果见表1。
[0025]表1
【主权项】
1. 一种大规模制备双层结构黑磷的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤： 1) 将白磷或红磷在6-8Kbar压力下，于温度600-800°C，反应至少Imin; 2) 将步骤1)所得物置于乙醇水溶液中浸泡4-6h; 3) 利用超声波处理至少10min，超声波功率为70-80W。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中的温度为750°C。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)的反应时间为10min。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中，乙醇和水的体积比为 2-3:1，浸泡时间为5h。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述乙醇和水的体积比为12: 5。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超声波功率为75W，处理时间为15 min〇
7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超声波功率为75W，处理时间为30 min〇
【专利摘要】本发明提供了一种大规模制备双层结构黑磷的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：1）将白磷或红磷在6-8 Kbar压力下，于温度600-800℃，反应至少1 min；2）将步骤1）所得物置于乙醇水溶液中浸泡4-6 h；3）利用超声波处理至少10 min，超声波功率为70-80 W。本发明的制备工艺简单，可以获得较高生成率的双层结构黑磷，其生成率可达91.0%；本发明制备工艺成本低廉，易于大规模应用。
【IPC分类】C01B25-02
【公开号】CN104787736
【申请号】CN201510157436
【发明人】向红先
【申请人】成都育芽科技有限公司
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月4日