黑磷和石墨一樣為層狀結構，有沒有可能把黑磷製成黑磷烯？

01-03

2014.5.2日更新：單層黑磷已被成功製備出來，見此文：http://arxiv.org/abs/1404.0742

他們也是用機械剝離的方法一層一層地剝黑磷塊材，最薄剝到2層就剝不下去了。然後對2層的黑磷用等離子體進行減薄，就得到了單層黑磷，或者叫磷烯。這種方法肯定產量小，製備出的磷烯尺寸小，但是已經可以滿足實驗室微加工和測試的需求。可以預見，一大波單層黑磷的實驗結果即將到來。

####以下是原答覆###

石墨的層間距在3 angstrom左右，而黑磷層間距有5 angstrom，這樣看來黑磷應該是比石墨更容易解理成單層。目前的實驗報道中，黑磷最薄被剝離到了7.5 nm以下，也就是大概15層左右的厚度。

可以肯定的是，實驗工作者們還會不斷往下剝。

從目前看來，黑磷沒有像二硫化鉬那樣剝到單層的迫切需要。對於二硫化鉬，塊體是間接帶隙的半導體，單層時候可以變成直接帶隙的半導體，這樣才有應用價值；而黑磷無論多少層，都直接帶隙半導體，只不過帶隙隨著層數間隙減小會增加。所以從應用上來說，也許只需要根據所需的帶隙寬度去決定要多少層就好了，沒必要非得追求剝到一層。

不過就像石墨剝到單層開拓了整個凝聚態物理界的視野一樣，誰知道黑磷剝到單層還會出現什麼新的性質？因此實驗工作者們肯定要繼續剝下去，把能測的性能統統測一遍。這東西才剛剛開始熱起來，概念也開始炒起來了，相信不久單層的黑磷就能看到了。

相比於機械剝離，用化學方法製備出來單層黑磷可能比較困難。畢竟，黑磷必須要在高溫高壓的環境下才能生成。不過，誰要是發明了製備單層黑磷（或者幾層十幾層也行）的方法，嘖嘖那肯定賺翻了。上個月去了趟寧波材料所出差，他們開發的石墨烯的製備方法賣了一個億呢。

單層黑磷可以通過機械剝離得到，但比石墨烯，氮化硼要難得多。事實上，MX2、Bi2Se3、FeSe、以及黑磷等等材料都要比石墨烯以及氮化硼難剝離太多了。我想原因是，石墨烯和氮化硼是平面結構的，面內的結構非常穩定而且柔軟；但別的材料的單層結構都是有垂直方向的結構的，平面內的健強比石墨烯和氮化硼要差很多，普遍都比較脆，所以在剝離的同時也在碎裂，面積迅速變小，所以薄層的樣品相比石墨烯和氮化硼來說，會更難找到。

另外，越薄的材料化學上越不穩定，像單層黑磷這樣的材料一定要在無水氧的環境下製備，否則做出來了也會立即反應掉，以至於你看不見它。除了氮化硼石墨烯可以在空氣中長時間穩定存在之外，所有別的二維材料在大氣環境下暴露都會發生或快或慢的反應，最後消失。

單層或者幾層的黑磷由於其隨著層數可調的直接帶隙在光電子學領域可能會很有潛力，但在電子學器件的領域，層數減薄會加大有效質量、帶來更多的缺陷，暴露在不均勻的介質環境中，所以未必有優勢。

最近有一篇鑒定單層黑磷的文章可以參考：

http://arxiv.org/abs/1412.6701

中國科大製備出二維黑磷場效應晶體管中國科學技術大學新聞網

Phosphorene excites materials scientists : Nature News Comment

這篇工作，在高溫高壓的極端條件下成功生長出高質量的黑磷單晶材料，利用膠帶進行機械剝落的方法從塊狀單晶中剝出薄片到具有一層熱生長的二氧化硅的的退化摻雜的硅晶片上，並在此基礎上製備出場效應晶體管。

之後，關於液相剝離(Solvent Exfoliation,liquid exfoliation)也有報道。

1.Production of few-layer phosphorene by liquid exfoliation of black phosphorus
-
Chemical Communications
(RSC Publishing)

此文， three to five-layer phosphorene with significant lateral dimensions

2.Solvent Exfoliation of Electronic-Grade, Two-Dimensional Black Phosphorus

新加坡南洋理工大學張華組做出了黑磷量子點

Black Phosphorus Quantum Dots

a lateral size of 4.9-1.6 nm and thickness of 1.9-0.9 nm (ca. 4-2 layers).

剝離的話黑磷應該比石墨烯簡單，就是不知道單層的黑磷能否保持原有的物理結構，如果無法保持，那研究起來就麻煩了。

有單層黒磷，是最近的研究熱點，不過不同於石墨烯硫化鉬這些能用cvd合成的，目前的製備方法都是機械和液相剝離法，目前來看壓根沒法應用於電子領域，而且這東西穩定性很差，大氣中很容易變質。個人並不看好應用前景