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综述:具有高面内各向异性的类黑磷二维材料的生长、结构、性能及应用
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年06月17日 来源:Materials Science and Engineering: R: Reports 31.6
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这篇综述系统探讨了类黑磷(BP-like)二维材料的晶体结构、各向异性特性及合成技术,重点分析了磷烯(phosphorene)、砷烯(arsenene)等Group V元素和IV-VI族化合物(如SnSe、GeS)在电子学、光电器件和传感器中的应用潜力。文章对比了其带隙可调性(0.3-3 eV)、高载流子迁移率(~104 cm2 V-1 s-1 )和环境稳定性优势,为纳米技术革新提供了理论支撑。
生长、结构与特性
类黑磷二维材料因其独特的褶皱蜂窝结构(puckered honeycomb)在面内呈现显著各向异性。以黑磷(BP)为例,其锯齿链(ZZ)和扶手椅链(AC)方向上的载流子迁移率差异可达40倍,带隙可在0.3-2 eV范围内调控。这种特性源于sp3
杂化形成的褶皱几何结构,与石墨烯的平面sp2
杂化形成鲜明对比。
合成技术突破
通过机械剥离(mechanical exfoliation)、化学气相沉积(CVD)等方法可制备单层磷烯,但大面积制备仍是挑战。IV-VI族化合物如SnSe采用化学气相传输法(CVT)生长时,沿b轴方向热电优值(ZT)高达2.7,展现了其在能量转换领域的潜力。
应用前景与挑战
这类材料在偏振光探测器(polarization-sensitive photodetectors)中表现突出,例如ReSe2
在平行和垂直方向的光学响应差异达0.03 eV。然而,环境稳定性问题亟待解决——BP在空气中24小时内会氧化生成磷酸盐,而砷烯(α-As)的载流子迁移率虽达104
cm2
V-1
s-1
,但批量合成技术尚未成熟。
未来方向
开发原子层沉积(ALD)等新型合成工艺,结合界面工程提升稳定性,将推动其在柔性电子(flexible electronics)和自旋电子学(spintronics)中的实际应用。
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