黑磷烯中材料制备检测方案(研磨机)

新的二维半导体材料——黑磷烯 科学家最近发现黑磷烯有望超越石墨烯，成为硅理想的替代材料。初中化学中学过的为数不多的物质之一就是磷，最常听到的是红磷和白磷，黑磷其实也是磷的一种同素异形体。百余年前，化学家就合成出了黑磷这种物质，合成后没有了后文。由于石墨烯带来的二维材料的热潮，直到2013年才有人重新把兴趣集中在黑磷上。在2014年上半年一系列的文献中，有人通过机械剥离的方式得到了10到20个原子厚度的超薄黑磷薄膜，现在黑磷二维材料已经成为了晶片界的一个新宠。 黑磷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。但是与石墨烯最最不同在于，磷烯存在能隙，而石墨烯没有。那能隙是什么呢?在半导体中，由于能隙的存在，半导体只有吸收足够的能量才会呈现出另一种状态，即在半导体原件中可以表示0和1。如果没有能隙存在，就很难表示数字电路中的逻辑状态。 黑磷的能隙还可以通过黑磷层数进行微调，其能隙电压可以控制在0.3-2.0伏特范围内，这个覆盖成都几乎涵盖了最近发现的所有二维材料的能隙电压。而且它可以作为其他不同物质之间间隙的连接桥梁。 韩国成均馆大学的科学家最近通过结合不同材料调整了黑磷的能隙电压值，制作出的晶体管非常接近现在常见的硅芯片结构。 能隙作用除了实现以上功能，还对材料的光电特性有影响。科学家也对黑磷的光电能力做了研究，美国明尼苏达大学光子学专家李默(Mo Li， 音译)说：「光电特性包括光的吸收、发射和调制，半导体材料的光学性能主要依赖于能隙的大小。」黑磷的能隙范围意味着它可以吸收0.6到4.0微米波长的光，如果换算成颜色，其覆盖范围在可见光到红外线区间。这个光谱范围是黑磷在光相关传感器应用的关键。 虽然有这么多好处，但不幸的是，黑磷难以制备，难以保存。传统制备方法，就是将白磷或者红磷在高温高压下用汞做催化剂形成黑磷，但这种方法实验条件比较苛刻，操作危险性较大。Tom Nilges 等在常压下以高纯红磷为原料，与AuSn 和 SnI4充分混合后，，一一同密封在内径为 10mm 的石英管内，置于单温区炉中升温至600℃并恒温 23h， 以40℃/h 的降温速率将炉温降至500℃后，4h内快速降温至室温，即可在石英管的冷端得到黑磷单晶。该方法反应温度高且时间长，效率不高，难以实现黑磷晶体的大规模生产。有研究称将红磷、Sn 和 SnI4按质量比 3：40：1 混合后装入石英管内，抽真空至小于 0.05Pa 后封管，加热石英管中原料端温至200， 再用1h 升温至600后保温6h，然后用6h 降温至300后保温2天，最后用 10h 降至室温，所得黑色块体产物中黑磷质量约为原料红磷质量的97%。上述方法得到黑磷晶体产量高，但是反应温度高，时间长切步骤繁琐。因此，开发一种操作简单，条件温和，产量高的黑磷晶体制备方法也是一项难度不小的挑战。 高能球磨法可能相对而言，更简单，更安全，更适合普通实验室或者工艺开发的应用。首先给研磨罐通惰性气氛保护，然后研磨罐内的研磨球通过长时间的高频撞击和挤压的力量，来实现样品的高温高压反应，最后用惰性材料保护产品不与水气和氧气发生反应。 原来实验室里常常会用行星式球磨仪来进行，但是转速低，升温快，制备的效率也不尽如人意。现在有了 Retsch 最新一代高能球磨仪——Emax，，原来十 几甚至过夜的研磨，只需要4-5个小时就能完成，并且由于研磨方式的改变，无效的圆周离心运动和球体与研磨罐壁摩擦的大大减少，使得转化的效率更高，样品局部过热结块团聚的现象大大减轻。另外 Emax 的多项程序组功能，真正实现了同一实验过程中的变速运动，大大丰富了研磨参数和研磨功能，使得反应的速度真正可以调节。从此，半导体领域的材料制备有多了一个新的利器，高能球磨仪 Emax! 上图为实验结果 更多高能球磨仪 Emax 应用详情请点击关注公众号 首先给研磨罐通惰性气氛保护，然后研磨罐内的研磨球通过长时间的高频撞击和挤压的力量，来实现样品的高温高压反应，之后用惰性材料保护产品不与水气和氧气发生反应。