黑磷，元素符號(hào)P，是黑色有金屬光澤的晶體，具有類似石墨的片狀結(jié)構(gòu)，層之間的鍵合比層內(nèi)的鍵合弱，具有導(dǎo)電性。這類晶體的本質(zhì)特征不僅晶體內(nèi)有共價(jià)鍵，還有離域鍵和范德華力。
黑磷開(kāi)始被業(yè)界重視起來(lái)，始于2014年。2014年3月初，在《自然•納米技術(shù)》雜志上，復(fù)旦大學(xué)物理系張遠(yuǎn)波教授課題組發(fā)現(xiàn)了一種新型二維半導(dǎo)體材料——黑磷，并成功制備了相應(yīng)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件。二維黑磷單晶由位于兩個(gè)位面的波浪形磷原子組成，業(yè)內(nèi)認(rèn)為，它將有可能替代傳統(tǒng)的硅，成為電子線路的基本材料。這一系列推斷，源于黑磷獨(dú)特的特性。
1、直接帶隙
與石墨烯類似，黑磷具有諸多優(yōu)異特性，而黑磷超越石墨烯的最大特點(diǎn)是，黑磷擁有隨著層數(shù)可變的直接帶隙。其頻間帶隙（讓電流通過(guò)該物質(zhì)所需要的電伏）是可調(diào)諧的，也就是說(shuō)，電子工程師可以通過(guò)簡(jiǎn)單的改變二維黑磷單晶的疊層來(lái)調(diào)整帶隙，這一特性有利于根據(jù)具體要求設(shè)計(jì)出期望的帶隙。
更重要的是它的半導(dǎo)體帶隙是直接帶隙，即電子導(dǎo)電能帶（導(dǎo)帶）底部和非導(dǎo)電能帶（價(jià)帶）頂部在同一位置，實(shí)現(xiàn)從非導(dǎo)到導(dǎo)電，電子只需要吸收能量（光能），這意味著黑磷和光可以直接耦合。這個(gè)特性讓黑磷成為未來(lái)光電器件的重要備選材料之一。
2、電子轉(zhuǎn)移速率
研究人員還發(fā)現(xiàn)，黑磷二維晶體有良好的電子遷移率(~1000cm2/Vs)，可以料想，隨著研究的深入和技術(shù)的進(jìn)步，這一數(shù)值有望得到進(jìn)一步提高。另外，黑磷還有非常高的漏電流調(diào)制率，在這方面，黑磷是石墨烯的10000倍，幾乎可以比肩電子線路的傳統(tǒng)材料“硅”了。
這些屬性讓二維黑磷單晶變身超級(jí)材料成為可能。從上述特性中可以看出，黑磷未來(lái)在光電領(lǐng)域最有前途，然而，黑磷的應(yīng)用并不局限于光電領(lǐng)域，由于磷是生物體內(nèi)必需的元素，因此，其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。
但是，二維黑磷單晶在空氣中不穩(wěn)定�？諝庵械乃羝麜�(huì)和磷發(fā)生反應(yīng)，把磷轉(zhuǎn)化為磷酸并導(dǎo)致材料腐蝕，嚴(yán)重影響了材料的特性。故此，這一問(wèn)題或許是阻擋黑磷投入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的一大難題，還需要研究人員設(shè)法解決。
黑磷，被稱為可以比肩石墨烯的“夢(mèng)幻材料”。黑磷的研究和應(yīng)用才剛開(kāi)始，目前，其非線性光學(xué)特性被國(guó)內(nèi)外多家單位證實(shí)并應(yīng)用于超快激光的產(chǎn)生中，未來(lái)，黑磷的特性還有待挖掘，還有極大的擴(kuò)展空間。不過(guò)，所謂的“夢(mèng)幻材料”也只是研究人員的推測(cè)，對(duì)于剛剛發(fā)現(xiàn)的材料的應(yīng)用前景做任何推斷都為時(shí)尚早，盲目樂(lè)觀與固守成規(guī)都不可取，還需要進(jìn)一步的研究佐證。
目前，黑磷的優(yōu)異特性已經(jīng)掀開(kāi)了其應(yīng)用前景的一角未來(lái)，我們期待隨著研究的深入，黑磷能給我們帶來(lái)更多的驚喜。（本網(wǎng)編輯 欣然/文）
