中國粉體網(wǎng)訊 二維黑磷是近年來才開發(fā)的半導(dǎo)體新材料，近日中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院研究員喻學(xué)鋒課題組與深圳大學(xué)教授張晗課題組合作，在黑磷量子點(diǎn)的制備及超快光子學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域取得新進(jìn)展。
相關(guān)研究表明，與其他二維晶體材料相比，二維黑磷單晶材料更加穩(wěn)定，在納米電子器件應(yīng)用方面具有很大潛力，被視自石墨烯之后新的超級(jí)材料。
石墨烯它親戚青出于藍(lán)
石墨烯作為一種奇跡材料，被譽(yù)為電子產(chǎn)品的未來。但現(xiàn)在它的一個(gè)“親戚”——黑磷，具備低成本的制造工藝，有望替代石墨烯，成為下一個(gè)新材料金礦。
磷作為元素周期表中第十五號(hào)元素，其化合物通常具有化學(xué)發(fā)光性質(zhì)，或者通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生大部分無熱光。
黑磷，一直很難制備但在納米電子學(xué)領(lǐng)域具有應(yīng)用前景，這與二維（單原子厚）神奇材料——石墨烯非常類似。同石墨烯一樣，黑磷在制備過程中也存在難以克服的困難，它有多層結(jié)構(gòu)，為了得到所期望的二維片層，這些多層需要通過剝離工藝一層層分離開。
迄今二維材料的奇異世界一直被石墨烯統(tǒng)治著，當(dāng)石墨烯降低到一定厚度時(shí)，其導(dǎo)電性會(huì)達(dá)到一個(gè)極端的程度，強(qiáng)于凱夫拉（譽(yù)為地球上最強(qiáng)的材料），有望作為過濾器排從空氣中吸收氫燃料。
黑磷有帶隙，而石墨烯是所謂的零隙半導(dǎo)體。黑磷，作為可調(diào)半導(dǎo)體，在電子設(shè)備中或許有更多的應(yīng)用：晶體管、傳感器、太陽能電池、開關(guān)、電池電極等。其中一些應(yīng)用已經(jīng)被測試，效果非常好。同石墨烯一樣，黑色的磷也不容易大量生產(chǎn)。
黑磷是磷的同素異形體中最穩(wěn)定的一種，具有類似石墨的片狀結(jié)構(gòu)，單原子層厚度的黑磷又稱為黑磷烯。元素周期表第15位，元素符號(hào)P。黑色有金屬光澤的晶體，它是用白磷在很高壓強(qiáng)和較高溫度下轉(zhuǎn)化而形成的。
白磷是一種白色蠟狀固體，遇光會(huì)逐漸變黃，所以又叫黃磷。也就是說，黃磷產(chǎn)品只要用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)手段就能轉(zhuǎn)化成黑磷，這可比獲取石墨烯的成本和難度要低得多。黑磷有望成為新的熱門半導(dǎo)體材料。
新型二維半導(dǎo)體：黑磷，你有多行？
與石墨烯類似，黑磷具有諸多優(yōu)異特性，故被稱為比肩石墨烯的“夢幻材料”。黑磷的應(yīng)用不局限于光電領(lǐng)域，其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也具有優(yōu)勢如腫瘤治療。
其具有如下良好性能：
1.半導(dǎo)體性質(zhì)，如有良好的電子遷移率，還有非常高的漏電流調(diào)制率（是石墨烯的10000倍）。
2.光學(xué)性能：其半導(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），而傳統(tǒng)的硅或者硫化鉬等都是間接帶隙，不僅需要能量(能帶變化)，還要改變動(dòng)量（位置變化）。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光電器件（例如光電傳感器）的一個(gè)備選材料�？梢詸z測整個(gè)可見光到近紅外區(qū)域的光譜。
不過黑磷的研究和應(yīng)用才剛開始，其非線性光學(xué)特性被國內(nèi)外多家單位證實(shí)并應(yīng)用于超快激光的產(chǎn)生中�？梢灶A(yù)見不久的將來，它將成為“第二個(gè)石墨烯”。
近期研究進(jìn)展：
2014年，一種類石墨烯的新型二維材料“黑磷”被發(fā)現(xiàn)，由于它擁有可控調(diào)節(jié)的能隙，可將電子信號(hào)轉(zhuǎn)成光信號(hào)，具備一些石墨烯所不具備的特性，故被視為一種新的超級(jí)材料，引起了世界轟動(dòng)。
去年12月份由深圳大學(xué)——新加坡國立大學(xué)光電協(xié)同創(chuàng)新中心教授張晗帶領(lǐng)的深圳市孔雀創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)首次研發(fā)了基于黑磷的光纖鎖模激光器，得到了超短脈沖激光的輸出信號(hào)。
今年3月，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院喻學(xué)鋒、王懷雨研發(fā)團(tuán)隊(duì)在二維材料領(lǐng)域取得新突破，制備出高穩(wěn)定性黑磷。黑磷有望借此技術(shù)向半導(dǎo)體材料邁出重要一步，取代石墨烯也并非沒有可能。
今年6月，深圳先進(jìn)院在二維材料領(lǐng)域取得新突破，固體所物質(zhì)計(jì)算科學(xué)研究室鄒良劍研究員與中國科技大學(xué)陳仙輝教授研究團(tuán)隊(duì)以及香港大學(xué)沈順清教授合作，在靜水壓調(diào)控塊體黑磷的電子結(jié)構(gòu)研究方面取得重要進(jìn)展，證明壓力下黑磷可以從半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變成狄拉克半金屬。
近日中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院研究員喻學(xué)鋒課題組與深圳大學(xué)教授張晗課題組合作，在黑磷量子點(diǎn)的制備及超快光子學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域取得新進(jìn)展。他們采用溶劑熱方法成功制備了一種超小黑磷量子點(diǎn)，并首次揭示了黑磷量子點(diǎn)材料的非線性光學(xué)特性，將其成功應(yīng)用于超快激光技術(shù)中。
黑色磷的確是黑色的，不像它的同素異形體能發(fā)光，但它對(duì)光線的分散效果確實(shí)非常好，甚至優(yōu)于石墨烯。正因?yàn)槿绱�，它非常適合應(yīng)用于光電領(lǐng)域。全新的明星材料，正在綻放光芒。
據(jù)了解，2014年，中科大微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室陳仙輝教授課題組與復(fù)旦大學(xué)張遠(yuǎn)波等教授課題組合作，成功制備出具有幾個(gè)納米厚度的二維黑磷場效應(yīng)晶體管。
2016年3月，中科院發(fā)布消息稱，深圳先進(jìn)院在二維材料領(lǐng)域取得新突破，制備出了高穩(wěn)定性黑磷。黑磷有望借此技術(shù)向半導(dǎo)體材料邁出重要一步。
投資方向：
目前，僅石墨烯的應(yīng)用就有超過7000項(xiàng)專利，大部分被科技巨頭蘋果和索尼占有。石墨烯可以說是新的硅，但并不是具有這種性質(zhì)的唯一材料。同理，黑磷的關(guān)鍵不在資源，而在于專利向技術(shù)的轉(zhuǎn)化。
磷和磷礦是稀缺資源。磷礦是指在經(jīng)濟(jì)上可利用的磷酸鹽類礦物的總稱，在工業(yè)上主要用于生產(chǎn)磷系肥料，也可以用來制造黃磷、磷酸、磷化物及其他磷酸鹽類產(chǎn)品。
值得注意的是，磷礦石具有不可再生的特點(diǎn)。磷礦資源成因年代久遠(yuǎn)，成礦條件極其復(fù)雜，因而磷礦的再生幾乎不可能。磷礦資源一經(jīng)開發(fā)利用，磷素隨著各下游加工產(chǎn)品的消費(fèi)領(lǐng)域分散到自然界中，不可再循環(huán)利用，許多國家已經(jīng)將磷礦資源列為戰(zhàn)略資源。
投資標(biāo)的：
（1）興發(fā)集團(tuán)(600141)
優(yōu)勢：與中科院聯(lián)手研發(fā)黑磷。
興發(fā)集團(tuán)已是國內(nèi)最大的磷礦資源企業(yè)之一，目前公司磷礦石儲(chǔ)量約2億噸左右；2015年公司磷礦石產(chǎn)量超過643萬噸，具備制備黑磷的原料基礎(chǔ)。興發(fā)集團(tuán)表示，本次投資將有利于依托研究院的技術(shù)研發(fā)優(yōu)勢和能力，助推二維黑磷的制備及應(yīng)用領(lǐng)域的研究和產(chǎn)業(yè)化，有利于提升公司在磷化工前沿技術(shù)的引領(lǐng)和標(biāo)桿作用，積極搶占行業(yè)制高點(diǎn)，將對(duì)公司未來發(fā)展產(chǎn)生積極影響。
和諸多傳統(tǒng)化工企業(yè)一樣，公司作為磷化工企業(yè)之一也正在面臨行業(yè)下行的壓力。2016年以來，公司一方面在上游磷礦資源方面做進(jìn)一步儲(chǔ)備，另一方面也在尋求新的發(fā)展方面。
8月19日公司公告稱，公司將出資籌建子公司開發(fā)二維黑鱗相關(guān)產(chǎn)品，并促其產(chǎn)業(yè)化，搶占行業(yè)制高點(diǎn)。其將與深圳中科、重慶中科合資成立湖北中科墨磷，并擬以湖北中科為主體與中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院成立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，主要圍繞二維黑磷的大規(guī)模制備及應(yīng)用等方面技術(shù)研究和合作。
風(fēng)險(xiǎn)：磷化工下游需求低迷；資源整合與磷化工精細(xì)化不達(dá)預(yù)期
（2）澄星股份(600078)
優(yōu)勢：公司已經(jīng)成為國內(nèi)擁有磷礦資源最多的磷化工企業(yè)之一。
公司主要從事磷酸、磷酸鹽的生產(chǎn)和銷售，多年來推進(jìn)“以磷為主，向高向深，兩頭延伸”的產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展戰(zhàn)略，形成了礦、電、磷一體化的成本優(yōu)勢。 風(fēng)險(xiǎn)：產(chǎn)能過剩風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)等
