CN111377419A - 液相剥离二维层状黑磷和黑磷薄膜的制备方法 - Google Patents

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徐冬阳
李娟�
国海超
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Abstract

本发明公开了一种液相剥离二维层状黑磷的制备方法，将高压制备的块体黑磷通过研钵研磨成小块黑磷；将所述小块黑磷放入烧杯并且在烧杯中加入有机分散剂；将装入有机分散剂和小块黑磷的烧杯放入冰箱冷藏1‑5小时，同时进行搅拌直至排出溶液中的氧气气泡；将装有机分散剂和块状黑磷的烧杯放置在冰浴中并且置于通风厨下方，继续进行搅拌，搅拌时间2‑15小时；待溶液呈现均匀黑色，且底部无大颗粒物时，置于冰浴下，进行超声波处理2‑15小时，进一步纳米化分散，即制得纳米二维层状黑磷；还公开了一种黑磷薄膜的制备方法。本发明将块体黑磷液相剥离成纳米片黑磷，制备的纳米二维层状黑磷，无大尺寸空洞、缺陷少、环境稳定性好，可以在液相长期储存。

Description

液相剥离二维层状黑磷和黑磷薄膜的制备方法
技术领域
本发明属于光电子器件制造技术领域，具体涉及一种液相剥离二维层状黑磷和黑磷薄膜的制备方法。
背景技术
上世纪60年代，已经发现黑磷作为一种特殊的p型直接带隙层状单元素半导体，可是对二维层状黑磷的广泛兴趣始于2014年其在场效应管中的成功应用，于是乎关于其研究激增；有发现，二维黑磷维持直接带隙,且随层数减少，可在0.3-2.2eV范围调控，显现出在(光)电子器件领域的巨大应用前景；然而，黑磷环境稳定性差，与水汽接触，可快速氧化生成磷酸，成为实现商业化应用的主要障碍。
最近，采用液相剥离法，人们成功实现了二维纳米层状黑磷的大量制备，但研究发现，液相剥离二维纳米层状黑磷表面附着大量溶剂分子或官能团，这在(光)电子器件应用中被认为是不利的缺陷，且储存困难。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种液相剥离二维层状黑磷和黑磷薄膜的制备方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供一种液相剥离二维层状黑磷的制备方法，该方法通过以下步骤实现：
步骤1，将高压制备的块体黑磷通过研钵研磨成小块黑磷；
步骤2，将所述小块黑磷放入烧杯并且在烧杯中加入有机分散剂；
步骤3，将装入有机分散剂和小块黑磷的烧杯放入冰箱冷藏1-5小时，同时进行搅拌直至排出溶液中的氧气气泡；
步骤4，将装有机分散剂和块状黑磷的烧杯放置在冰浴中并且置于通风厨下方，继续进行搅拌，搅拌时间2-15小时；
步骤5，待溶液呈现均匀黑色，且底部无大颗粒物时，置于冰浴下，进行超声波处理2-15小时，进一步纳米化分散，即制得纳米二维层状黑磷。
上述方案中，该方法还包括将制备的纳米二维层状黑磷在-5℃到5℃下冷藏，取用时，在冰浴下进行超声波处理分散1-2小时即可使用。
上述方案中，所述步骤2中，所述小块黑磷与有机分散剂的比例为 1:30-1:1000。
本发明实施例还提供一种黑磷薄膜的制备方法，该方法为：将根据上述方案中任意一项制得的纳米二维层状黑磷经简易滴涂在衬底上，经过冷冻干燥后，制得黑磷薄膜。
上述方案中，所述衬底为ITO柔性片、Si片、陶瓷衬底、金属合金衬底或者有机衬底。
与现有技术相比，本发明将块体黑磷液相剥离成纳米片黑磷，制备的纳米二维层状黑磷，无大尺寸空洞、缺陷少、环境稳定性好，可以在液相长期储存。
附图说明
图1为本发明实施例提供一种液相剥离二维层状黑磷的制备方法中通过超声波处理的纳米二维层状黑磷的扫描电镜图；
图2为本发明实施例提供一种液相剥离二维层状黑磷的制备方法中通过超声波处理的纳米二维层状黑磷的投射电镜图；
图3为本发明实施例提供一种黑磷薄膜的制备方法的黑磷薄膜示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种液相剥离二维层状黑磷的制备方法，该方法通过以下步骤实现：
步骤1，将高压制备的块体黑磷通过研钵研磨成小块黑磷；
步骤2，将所述小块黑磷放入烧杯并且在烧杯中加入有机分散剂；
具体地，所述小块黑磷与有机分散剂的比例为1:30-1:1000。
所述有机分散剂可以采用①芳香烃类：苯、甲苯、二甲苯等；②脂肪烃类：戊烷、己烷、辛烷等；③脂环烃类：环己烷、环己酮、甲苯环己酮等；④卤化烃类：氯苯、二氯苯、二氯甲烷等；⑤醇类：甲醇、乙醇、异丙醇等；⑥醚类：乙醚、环氧丙烷等；⑦酯类：醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丙酯等；⑧酮类：丙酮、甲基丁酮、甲基异丁酮等；⑨二醇衍生物:乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚等；⑩其他：乙腈、吡啶、苯酚等的某一种。
步骤3，将装入有机分散剂和小块黑磷的烧杯放入冰箱冷藏1-5小时，同时进行搅拌直至排出溶液中的氧气气泡；
步骤4，将装有机分散剂和块状黑磷的烧杯放置在冰浴中并且置于通风厨下方，继续进行搅拌，搅拌时间2-15小时；
具体地，所述通风厨的柜宽为1000、1200、1500、1800和2000毫米几个规格，深700-900毫米，高1900-2400毫米。
所述继续进行搅拌为采用超声搅拌机(JY-Y202G)以转速 1000-30000r/min搅拌。
步骤5，待溶液呈现均匀黑色，且底部无大颗粒物时，置于冰浴下，进行超声波处理2-15小时，进一步纳米化分散，即制得纳米二维层状黑磷。
具体地，采用FS-1500T超声波处理器进行超声波处理。
如图1、2所示，纳米二维层状黑磷的扫描电镜图和投射电镜图，
进一步地，该方法还包括将制备的纳米二维层状黑磷在-5℃到5℃下冷藏，取用时，在冰浴下进行超声波处理分散1-2小时即可使用。
本发明实施例还提供一种黑磷薄膜的制备方法，该方法通过以下步骤实现：
步骤1，将高压制备的块体黑磷通过研钵研磨成小块黑磷；
步骤2，将所述小块黑磷放入烧杯并且在烧杯中加入有机分散剂；
具体地，所述小块黑磷与有机分散剂的比例为1:30-1:1000。
所述有机分散剂可以采用①芳香烃类：苯、甲苯、二甲苯等；②脂肪烃类：戊烷、己烷、辛烷等；③脂环烃类：环己烷、环己酮、甲苯环己酮等；④卤化烃类：氯苯、二氯苯、二氯甲烷等；⑤醇类：甲醇、乙醇、异丙醇等；⑥醚类：乙醚、环氧丙烷等；⑦酯类：醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丙酯等；⑧酮类：丙酮、甲基丁酮、甲基异丁酮等；⑨二醇衍生物:乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚等；⑩其他：乙腈、吡啶、苯酚等的某一种。
步骤3，将装入有机分散剂和小块黑磷的烧杯放入冰箱冷藏1-5小时，同时进行搅拌直至排出溶液中的氧气气泡；
步骤4，将装有机分散剂和块状黑磷的烧杯放置在冰浴中并且置于通风厨下方，继续进行搅拌，搅拌时间2-15小时；
具体地，所述通风厨的柜宽为1000、1200、1500、1800和2000毫米几个规格，深700-900毫米，高1900-2400毫米。
所述继续进行搅拌为采用超声搅拌机(JY-Y202G)以转速 1000-30000r/min搅拌。
步骤5，待溶液呈现均匀黑色，且底部无大颗粒物时，置于冰浴下，进行超声波处理2-15小时，进一步纳米化分散，即制得纳米二维层状黑磷。
具体地，采用FS-1500T超声波处理器进行超声波处理。
步骤6，将所述纳米二维层状黑磷经简易滴涂在衬底上，经过冷冻干燥后，制得黑磷薄膜，如图3所示。
具体地，所述衬底为ITO柔性片、Si片、陶瓷衬底、金属合金衬底或者有机衬底。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种液相剥离二维层状黑磷的制备方法，其特征在于，该方法通过以下步骤实现：
步骤1，将高压制备的块体黑磷通过研钵研磨成小块黑磷；
步骤2，将所述小块黑磷放入烧杯并且在烧杯中加入有机分散剂；
步骤3，将装入有机分散剂和小块黑磷的烧杯放入冰箱冷藏1-5小时，同时进行搅拌直至排出溶液中的氧气气泡；
步骤4，将装有机分散剂和块状黑磷的烧杯放置在冰浴中并且置于通风厨下方，继续进行搅拌，搅拌时间2-15小时；
步骤5，待溶液呈现均匀黑色，且底部无大颗粒物时，置于冰浴下，进行超声波处理2-15小时，进一步纳米化分散，即制得纳米二维层状黑磷。
2.根据权利要求1所述的液相剥离二维层状黑磷的剥离方法，其特征在于，该方法还包括将制备的纳米二维层状黑磷在-5℃到5℃下冷藏，取用时，在冰浴下进行超声波处理分散1-2小时即可使用。
3.根据权利要求1或2所述的液相剥离二维层状黑磷的剥离方法，其特征在于，所述步骤2中，所述小块黑磷与有机分散剂的比例为1:30-1:1000。
4.一种黑磷薄膜的制备方法，其特征在于，该方法为：将根据权利要求1-3任意一项制得的纳米二维层状黑磷经简易滴涂在衬底上，经过冷冻干燥后，制得黑磷薄膜。
5.根据权利要求4所述的黑磷薄膜的制备方法，其特征在于，所述衬底为ITO柔性片、Si片、陶瓷衬底、金属合金衬底或者有机衬底。
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