[發(fā)明專利]一種氣相輸運法制備黑磷和摻雜黑磷單晶的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810349413.9
• 申請日: 2018-04-18
• 公開（公告）號: CN109913942A
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發(fā)明（設計）人: 劉碧錄;劉明強
• 申請（專利權）人: 清華-伯克利深圳學院籌備辦公室
• 主分類號: C30B23/00
• 分類號: C30B23/00;C30B29/02
• 代理公司: 深圳大域知識產權代理有限公司 44479
• 代理人: 何園園

一種氣相輸運法制備黑磷和摻雜黑磷的方法，該方法包括：將紅磷、錫粉和傳輸劑混合置于密封腔的一端；對所述密封腔抽真空至10Pa以下；對所述密封腔加熱、保溫，然后分兩階段降溫使黑磷晶體自發(fā)生長在所述密封腔的另一端獲得黑磷晶體；其中，所述傳輸劑為SnI₄、TeI₄、SiI₄、CoI₂、BI₃、SbI₃、NH₄I、BiI₃、I₂、PbI₂、NaI、KI或LiI中的一種或數(shù)種。進一步還包括在所述密封腔中放置粉末狀的摻雜單質，所述摻雜單質為Sb、Se、Te、Bi、Si、Co、B或Mn中的至少一種。通過系統(tǒng)研究黑磷單晶的氣相輸運法生長，揭示其生長機理，實現(xiàn)了高質量的黑磷及摻雜黑磷的高效、高產量、可控制備。

技術領域

本發(fā)明涉及新材料合成方法，尤其涉及一種氣相輸運法制備黑磷和摻雜黑磷的方法。

背景技術

自二維黑磷被首次報道以來，由于具有其獨特的光電特性，因此已有眾多學者投入到對黑磷的研究中來，并取得了一系列的成果。黑磷具有隨層數(shù)可調的直接帶隙，高的載流子遷移率及開關比，各向異性的光電性質，良好的生物相容性與載藥能力，優(yōu)異的非線性光學性質，高的光熱轉換效率等。這些性質使得黑磷在光電子器件、超快光學、生物醫(yī)學、光伏器件等方面都有巨大的應用潛力。

要實現(xiàn)高性能黑磷光電器件的開發(fā)與應用，離不開高質量的黑磷的可控制備。早期制備塊體單晶黑磷的方法，存在著高成本，低產率，原料不環(huán)保，制備過程耗時等缺點，而且黑磷單晶的生長機理還未明晰。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種氣相輸運法制備黑磷和摻雜黑磷的方法。

為達上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

一種氣相輸運法制備黑磷和摻雜黑磷的方法，所述氣相輸運法制備黑磷和摻雜黑磷的方法包括：將紅磷、錫粉和傳輸劑混合置于密封腔的一端；對所述密封腔內抽真空至10Pa以下；對所述密封腔加熱、保溫，然后分兩階段降溫使黑磷晶體自發(fā)生長在所述密封腔的另一端獲得黑磷晶體；其中，所述傳輸劑為SnI₄、TeI₄、SiI₄、CoI₂、BI₃、SbI₃、NH₄I、BiI₃、I₂、PbI₂、NaI、KI或LiI中的一種或數(shù)種。

優(yōu)選地，所述對密封腔加熱、保溫包括將所述密封腔加熱至450～800℃，保溫時間為6～15小時；所述分兩階段降溫包括首先以0.1～6℃/分鐘將溫度降到480～510℃，然后以0.4～1.0℃/分鐘降溫到室溫。優(yōu)選地，對密封腔加熱的時間為6～15小時。

優(yōu)選地，所述紅磷、錫粉和傳輸劑的摩爾比為50：(4～1)：(1～4)。例如，紅磷、錫粉和傳輸劑的摩爾比可以為50：4：1，50：3：1，50：2：1，50：3：2，50：1：1，50：2：3，50：1：2，50：1：3，50：1：4。

優(yōu)選地，在所述密封腔中還置有粉末狀的摻雜單質，所述摻雜單質為Sb、Se、Te、Bi、Si、Co、B或Mn中的至少一種。

優(yōu)選地，所述紅磷、錫粉、傳輸劑和摻雜單質的摩爾比為50：(4～1)：(1～4)：(1～3)。即：錫粉和紅磷的摩爾比為4：50～1：50，所述傳輸劑和紅磷的摩爾比為1：50～4：50，所述摻雜單質和紅磷的摩爾比為1：50～3：50。

優(yōu)選地，所述傳輸劑為TeI₄、SiI₄、CoI₂、BI₃或SbI₃，所述錫粉和紅磷的摩爾比為4：50～1：50，所述傳輸劑和紅磷的摩爾比為4：50～7：50。