[发明专利]一种通过自组装形成大面积黑磷薄膜的制备方法

说明书

本发明涉及黑磷纳米片自组装成大面积薄膜的制备方法。通过自组装形成大面积黑磷薄膜；1)制备黑磷纳米片，将黑磷置于无水乙醇中使用探针式超声6‑8小时，使黑磷变成分散的黑磷纳米片；2)将改性硅油缓慢滴入黑磷‑无水乙醇混合溶液中，其中改性硅油与黑磷‑无水乙醇混合溶液的质量比为1：15‑36；通过搅拌，在无水乙醇和改性硅油界面处形成一层致密的黑磷薄膜。本发明所述的大面积黑磷薄膜在光电器件领域有较大的应用价值。

技术领域

本发明属于光电子半导体领域，更具体地涉及一种通过自组装形成大面积黑磷薄膜的制备方法

背景技术

科技发展进程中，半导体真空管的出现，使人类从电子技术时代进入数字技术时代。在人类的科学技术应用中以半导体为基石的微电子技术起到了举足轻重的作用。作为微电子与光电子集成的光电器件在信息技术和光纤通信等领域越来越重要。其中光电探测器，作为光电器件中最重要的部分之一将光转化为电信号，在火焰传感，夜视仪，材料鉴定，环境监控等方面有很大的应用前景。半导体在吸收了能量大于其带隙的光后，价带电子将被激发到导带，形成自由电子，该现象实现了光到电信号的转变，使得半导体材料成为了最有潜力的候选光电探测器材料。

目前，硅作为一种最重要的无机半导体材料，通常被用于制备可见和近红外波长的光电探测器(Fengnian Xia et al.，Nature photonics.2008，2(4)，242.)。然而由于硅的光吸收范围较窄，同时吸收能力较弱在很大程度上限制了硅基光电探测器的发展和实际应用。于是人们需要寻找更合适的半导体材料，以研发出更高效，更广泛的光电探测器。在2008年，有研究者通过机械剥离得到石墨烯，这一具有许多优异性能的材料引起了研究人员的注意。虽然石墨烯具有超高的载流子迁移率以及超高的耐受电流密度，常被用于制备光电探测器，但是由于其具有较低的光吸收效率以及较大的暗电流，依然限制着石墨烯的进一步应用。随着近几年来，越来越多的二维材料被发现。黑磷进入了大家的视野，作为一种窄直接带隙半导体，同时具有高载流子迁移率、高开关比以及较高光吸收效率，具有成为优异光电探测器材料的潜力。

然而，由于黑磷纳米片在空气中不稳定且具有不利于操作的小尺寸，使得黑磷器件的工业制备极为困难。因此制备性能稳定且可控尺寸的黑磷具有重要的意义。本课题组在该科学问题上进行了相关探索，发明了一种稳定的大面积黑磷薄膜的制备方法。此方法在黑磷的工业生产有重要的应用价值。

发明内容

本发明的目的是，利用硅油辅助制备大面积黑磷薄膜，使黑磷薄膜尺寸可控且性能稳定，满足实际应用的需求。

本发明的技术方案：通过自组装形成大面积黑磷薄膜的制备方法，通过自组装形成大面积黑磷薄膜；1)制备黑磷纳米片，将黑磷置于无水乙醇中使用探针式超声6-8小时，使黑磷变成分散的黑磷纳米片；2)将改性硅油(硅油亦可)缓慢滴入黑磷-无水乙醇混合溶液中，其中改性硅油与黑磷-无水乙醇混合溶液的质量比为1∶15-36；通过搅拌，在无水乙醇等溶剂和改性硅油界面处形成一层致密的黑磷薄膜。

例如，将块材黑磷在无水乙醇中冰浴超声剥离成小尺寸黑磷纳米片；取0.5g改性硅油缓慢滴入12g黑磷-无水乙醇混合溶液中；将超声好的混合溶液取出，加入改性硅油，加入改性硅油的量为混合溶液质量的二十四分之一。将上述溶液进行磁力搅拌，大约搅拌5-6小时后，即可在界面处得到致密且具有金属光泽的黑磷薄膜。可以采用多种方法将黑磷薄膜移到衬底上。

黑磷纳米片在液体界面处通过自组装的方式形成大面积的薄膜，增强其稳定性的同时具有较好的光电响应。自组装是由于无水乙醇与改性硅油具有不同的表面张力，在张力梯度的作用下黑磷纳米片形成了大面积的自组装薄膜。