中國粉體網(wǎng)訊　　磷烯有望超越石墨烯，成為矽的最佳替代材料，并創(chuàng)造無限商機(jī)。相對于石墨烯，磷烯具有導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性的各向異性，這種各向異性在設(shè)計高效電晶體或者熱電子裝置時，將會有很大幫助，因此未來可望取代石墨烯，成為矽的最佳取代材料。不過，磷烯非常容易和空氣中的水氣與氧氣產(chǎn)生反應(yīng)，如何將磷烯與空氣嚴(yán)密隔絕，將會是該材料能否大量應(yīng)用的關(guān)鍵。

黑磷可制備出超薄黑磷，即本文所稱的磷烯。相比于其他二維材料，如石墨烯、MoS2等，磷烯材料的各項參數(shù)雖然不是最佳，但其各項指標(biāo)都相對平衡，因此保證磷烯材料具有良好的特性。同時，磷烯具有可調(diào)節(jié)能隙的特性，使其具有更為廣闊的應(yīng)用范圍，例如電晶體、儲能、超級電容、記憶元器件和太陽能發(fā)電等，因此磷烯吸引了廣泛的關(guān)注。

另外，磷烯與石墨烯最大不同在于，磷烯存在能隙，而石墨烯沒有。在半導(dǎo)體中，由于能隙的存在，半導(dǎo)體只有吸收足夠的能量才會呈現(xiàn)出另一種狀態(tài)，即在半導(dǎo)體原件中可以表示0和1。如果沒有能隙存在，就很難表示數(shù)位電路中的邏輯狀態(tài)。

磷烯的能隙大小還可通過黑磷層數(shù)進(jìn)行微調(diào)，其能隙電壓可以控制在0.3～2.0伏特范圍內(nèi)。這個覆蓋層數(shù)幾乎涵蓋了最近發(fā)現(xiàn)的所有二維材料的能隙電壓，而且可作為其他不同物質(zhì)之間間隙的連接橋梁。

另一方面，能隙作用除了實現(xiàn)以上功能，還對材料的光電特性有影響。美國明尼蘇達(dá)大學(xué)光子學(xué)專家Mo Li指出，光電特性包括光的吸收、發(fā)射和調(diào)變。半導(dǎo)體材料的光學(xué)性能主要依賴于能隙的大小。黑磷的能隙范圍意味著它可以吸收0.6～4.0微米波長的光，如果換算成顏色，其覆蓋范圍在可見光到紅外線區(qū)間。這個光譜范圍是黑磷在光感測器應(yīng)用的關(guān)鍵。

Mo Li的研究小組已制作一個基于磷烯的光感測器，這個感測器每秒能夠轉(zhuǎn)換三十億位元的光信號；而韓國成均館大學(xué)的科學(xué)家最近也透過結(jié)合不同材料調(diào)整磷烯的能隙電壓值，制作出的電晶體非常接近現(xiàn)在常見的矽晶片結(jié)構(gòu)。

不過，磷烯材料的制備及保存是相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。目前只有黑磷一種制備方法，就是將紅磷在高溫高壓下形成黑磷，然后將黑磷剝離成可制作奈米材料，厚度只有原子尺度的薄片。

值得注意的是，黑磷本身的性質(zhì)雖然相當(dāng)穩(wěn)定，但制作成薄片之后，卻非常容易和空氣中的水蒸氣和氧氣反應(yīng)，進(jìn)而降解消失。因此，若想用使用磷烯，須先克服上述問題。目前科學(xué)家已采用惰性材料來保護(hù)磷烯，延長磷烯在空氣中的使用時間。事實上，很多二維材料都有類似的問題，石墨烯是少數(shù)不怕氧氣與水氣，可以在空氣中自然存在的例外之一。