在過去的幾年中,石墨烯等二維光電材料以其非凡的特性被視為新一代的“夢幻材料”,吸引了科學界和工業(yè)界的廣泛關注。2014年以來,二維材料這一集體迎來了一位杰出的新成員:黑磷。黑磷的最大優(yōu)點在于擁有可控調節(jié)的能隙,使其更容易進行光探測,而其能隙可通過層數來做調節(jié),使黑磷能吸收從可見光到通訊用紅外線范圍的波長;并且黑磷是一種直接能隙半導體,能將電子信號轉成光信號。黑磷的這些性質都是石墨烯等所不具備的,從而讓黑磷被視為一種新的超級材料。然而,目前黑磷的應用存在著一個問題,那就是難以實現薄層黑磷的大批量制備。
針對該問題,課題組建立了利用堿性溶液液相剝離黑磷的新方法,實現了黑磷從塊材到薄層乃至單層(黑磷烯)的高效剝離和制備,通過該方法制備得到的黑磷可在水等傳統(tǒng)溶劑中穩(wěn)定分散,這樣大大提高了黑磷的應用范圍。此外,該課題組還揭示了薄層黑磷所具有的拉曼紅移現象,這種紅移源自黑磷的層間范德華力。隨著層數的增加,層內磷原子的振動活性受阻,進而降低其振動能量,使得三種振動模式對應的拉曼峰位產生明顯紅移。這種層數依賴拉曼特性可被有效應用于黑磷的層數鑒定。此外,該課題組還利用黑磷成功實現了對光纖激光器的鎖模。
該研究得到了深圳市孔雀團隊項目、國家自然科學基金項目等資助。
《先進功能材料》封面圖片(a);層狀黑磷立體結構(b);層數依賴黑磷拉曼結果(c);基于黑磷的光纖激光器鎖模示意圖(d)。
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