磷烯納米條帶或磷納米條帶的液相剝離制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種半導體材料制備領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種磷烯納米條帶或磷納米條帶的液相剝離制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]磷烯作為一種新型的二維材料，由于其具有較寬的可調(diào)控直接帶隙、高載流子迀移率和優(yōu)越的各向異性光電性質(zhì)，黑磷的直接能隙可以增強它和光的直接耦合，讓它成為未來光電器件(例如光電探感器、太陽能電池等)的一個備選材料，在電子學以及光電子學領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大的價值。
[0003]黑磷塊體為半金屬，其禁帶寬度0.03eV，在室溫下表現(xiàn)出金屬性質(zhì)，但將黑磷層數(shù)的減薄至十層以下時，該結(jié)構(gòu)黑磷的帶隙將明顯增加至1.leV，張遠波，陳仙輝以及Peide教授研究組采用類似剝離石墨烯的方法制備了薄層黑磷，從而實現(xiàn)了黑磷作為半導體材料在電學與光電學鄰域的廣泛應(yīng)用。
[0004]—維磷烯納米帶繼承了的二維磷烯在電子學與光電學上的所有優(yōu)異性質(zhì)，而且且由于一維磷烯納米帶特殊的邊緣限域效應(yīng)而具有比二維磷烯更加靈活的帶隙可調(diào)的性質(zhì)和在半導體鄰域中更大的實用價值。
[0005]黑磷具有類似石墨的層狀結(jié)構(gòu)，磷原子的價電子排布是3s23p3，且每層均形成扭折的幾何結(jié)構(gòu)。受到石墨烯研究的啟發(fā)，磷具有較大的0.5nm的層間距，其層與層之間的范德華力與結(jié)合力相較于石墨烯較小，利用長時間連續(xù)超聲提供能量，破壞其層與層之間的結(jié)合力，可以得到單層或者少層磷烯，控制特定超聲功率使長條、長方片狀黑磷在橫向上發(fā)生撕裂，在此基礎(chǔ)上繼續(xù)超聲，獲得一維條帶狀磷烯納米帶。
[0006]經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻號CN104961113A，公開(公告)日2015.10.07,公開了一種制備磷烯的方法，包括:將黑磷分散在分散液中，并超聲處理0.5?200小時，再進行固液分離，從而得到插層黑磷;將插層黑磷分散在化學發(fā)泡劑溶液中，并超聲處理0.5?200小時，再進行固液分離，然后對固液分離后的固體進行干燥，從而得到黑磷與化學發(fā)泡劑的固體混合物;對黑磷與化學發(fā)泡劑的固體混合物進行微波處理，微波功率為100?1000W，在微波處理I秒?I小時后，即制得成品磷烯。但該現(xiàn)有技術(shù)制備磷烯中單層磷烯的產(chǎn)率不高、制備磷烯大小與相貌不可控、無法制備一維條帶狀形貌的磷烯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的機械剝離、效率低、質(zhì)量不穩(wěn)定，且其他制備方法所制磷烯的厚度無法滿足要求的缺陷，提出一種磷烯納米條帶或磷納米條帶的液相剝離制備方法，制備得到的磷稀納米帶，方法成本低，產(chǎn)量高，有利于對磷稀納米帶的進一步科學研究及推廣應(yīng)用。
[0008]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0009]本發(fā)明將條狀或片狀黑磷與有機溶劑混合，依次經(jīng)超聲橫向撕裂處理和離心處理后，將產(chǎn)物中富含磷烯納米帶的上清液滴加于襯底上后經(jīng)旋涂或烘干得到磷烯納米條帶與磷納米條帶。
[0010]所述的條狀或片狀黑磷與有機溶劑混合的比例為0.001mg/mL?1000mg/mL。
[0011]所述的有機溶劑采用但不限于二甲基亞砜(DMSO)、二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP )、甲醇、乙醇、異丙醇或其組合。
[0012]所述的超聲裂解處理，采用功率為IW?5000W的超聲機內(nèi)進行水浴超聲Ih?480h，從而打破黑磷層與層之間結(jié)合力使其縱向裂解，并形成一維條帶狀磷烯；
[0013]所述的水浴超聲，水溫溫控制在30°C以下。
[0014]所述的離心處理，米用離心轉(zhuǎn)速100?20000rpm處理5?60min。
[0015]所述的襯底為帶氧化層娃片，優(yōu)選為帶有100?500nm氧化層的娃片。
[0016]所述的旋涂，采用速度為500?1000rpm旋涂10?300s。
[0017]所述的烘干，采用溫度為30?120°C烘干5min?200min。
[0018]本發(fā)明涉及上述方法制備得到的磷稀納米帶，其拉曼峰Alg位于358v/cm—位于434v/cm—1，A2g 位于462v/cm—1。
[0019]本發(fā)明涉及上述磷烯納米帶的應(yīng)用，可用于制備:場效應(yīng)晶體管、二極管、太陽能光伏電池、光電探測器件。
【附圖說明】
[0020]圖1為實施例1制備得到的磷烯納米條帶效果示意圖；
[0021]圖2為實施例1制備得到的磷納米條帶效果示意圖。
【具體實施方式】
實施例1
[0022]本實施例包括以下步驟:將長條、長方片狀黑磷和DMSO溶液按照濃度0.02g/mL的濃度配配置溶液，在剝離反應(yīng)溫度為30°C下50W功率超聲反應(yīng)6h;將超聲后溶液在離心機下用14000rpm轉(zhuǎn)速離心30min，取上清液;將溶液滴在娃片上90 °C烘干，得到磷稀納米帶。
[0023]如圖1所示為制備得到的磷烯納米條帶和磷納米條帶SEM照片。
實施例2
[0024]本實施例包括以下步驟:將長條、長方片狀黑磷和DMS0、NMP與DMF混合溶液按照濃度0.2g/mL的濃度配配置溶液，在剝離反應(yīng)溫度為30 V下超聲反應(yīng)24h;將超聲后溶液在離心機下用HOOOrpm轉(zhuǎn)速離心30min，取上清液;將溶液滴在硅片上，以500rpm旋涂60s，90 °C烘干，得到磷稀納米帶。
實施例3
[0025]本實施例包括以下步驟:將長條、長方片狀黑磷和DMS0、NMP與DMF混合分離劑與醇類混合所制備的溶液與濃度0.5g/mL的濃度配配置溶液，在剝離反應(yīng)溫度為30°C下超聲反應(yīng)48h;將超聲后溶液在離心機下用HOOOrpm轉(zhuǎn)速離心30min，取上清液;將溶液滴在硅片上90 0C烘干，得到磷稀納米帶。
[0026]上述具體實施可由本領(lǐng)域技術(shù)人員在不背離本發(fā)明原理和宗旨的前提下以不同的方式對其進行局部調(diào)整，本發(fā)明的保護范圍以權(quán)利要求書為準且不由上述具體實施所限，在其范圍內(nèi)的各個實現(xiàn)方案均受本發(fā)明之約束。
【主權(quán)項】
1.一種磷烯納米條帶或磷納米條帶的液相剝離制備方法，其特征在于，將條狀或片狀黑磷與有機溶劑混合，依次經(jīng)超聲橫向撕裂處理和離心處理后，將產(chǎn)物中富含磷烯納米帶的上清液滴加于襯底上后經(jīng)旋涂或烘干得到。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷烯納米條帶或磷納米條帶的液相剝離制備方法，其特征是，所述的條狀或片狀黑磷與有機溶劑混合的比例為0.0Olmg/mL?1000mg/mL。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磷烯納米條帶或磷納米條帶的液相剝離制備方法，其特征是，所述的有機溶劑采用二甲基亞砜、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、甲醇、乙醇、異丙醇或其組合。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷烯納米條帶或磷納米條帶的液相剝離制備方法，其特征是，所述的超聲裂解處理，采用功率為IW?5000W的超聲機內(nèi)進行水浴超聲Ih?480h。5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的磷稀納米條帶或磷納米條帶的液相剝離制備方法，其特征是，所述的水浴超聲，水溫溫控制在30 °C以下。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷烯納米條帶或磷納米條帶的液相剝離制備方法，其特征是，所述的離心處理，采用離心轉(zhuǎn)速100?20000rpm處理5?60min。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷烯納米條帶或磷納米條帶的液相剝離制備方法，其特征是，所述的旋涂，采用速度為500?1000rpm旋涂10?300s。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷烯納米條帶或磷納米條帶的液相剝離制備方法，其特征是，所述的烘干，采用溫度為30?120°C烘干5min?200min。
【專利摘要】一種磷烯納米條帶或磷納米條帶的液相剝離制備方法，通過將條狀或片狀黑磷與有機溶劑混合，依次經(jīng)超聲橫向撕裂處理和離心處理后，將產(chǎn)物中富含磷烯納米帶的上清液滴加于襯底上后經(jīng)旋涂或烘干得到。本發(fā)明制備得到的磷烯納米帶質(zhì)量更好，方法成本低，產(chǎn)量高，有利于對磷烯納米帶的進一步科學研究及推廣應(yīng)用。
【IPC分類】C01B25/02
【公開號】CN105668531
【申請?zhí)枴緾N201610014787
【發(fā)明人】陳長鑫, 劉欽冉
【申請人】上海交通大學
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年1月11日