[发明专利]一种层状金属磷化物GePx

说明书

本发明提供了一种层状金属磷化物GePx(x＝1,3,5)单晶的制备方法，仅以红磷和锗粉为原料，无需任何其他添加剂或助熔剂，利用高温高压定向生长技术，通过调控压力与温度等关键条件来控制Ge与P之间的化合成键方式，从而制备出三种不同结构的层状金属磷化物GeP、GeP₃、GeP₅。该制备方法不仅简单、快速，而且合成的单晶样品纯度高、质量好、尺寸大，这为进一步深入研究GePx的晶体结构、物理化学性质打下了很好的基础。同时也为类黑磷新型磷基二维材料的开发开辟了新的途径，对二维材料的研究具有重要意义。

技术领域

本发明涉及新型二维层状材料制备技术领域，具体而言，尤其涉及一种层状金属磷化物GeP_x单晶的制备方法。

背景技术

2004年单原子层厚度石墨烯的发现，打破了大多数物理学家所认为“完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在”这一定论，自此，二维材料的研究掀起了一番热潮。石墨烯虽然在众多领域都展现了出色的应用，但其零带隙特性极大的弱化了在电子技术中的用途。所以，寻找兼具石墨烯优良特性且存在有带隙的其它二维材料成为广大科研工作者的研究目标。

在科学家们的不断探索下，复旦大学张远波教授于2014年对黑磷烯的研究报道引起了人们的广泛关注。黑磷是一种P型直接带隙半导体，不仅具有高的载流子迁移率，而且带隙随厚度变化可调0.3eV～2.2eV。这一重要发现似乎满足了石墨烯的缺陷，但遗憾的是黑磷缺乏稳定性，在水氧环境下极易降解，所以想实现黑磷商业化应用的这一梦想又被破灭了。

虽然科学家们通过各种不同手段对黑磷进行改性研究，但效果都不尽理想。为此，我们希望能够寻找到其它类黑磷的磷基二维层状材料，不仅稳定性高但同时又兼具黑磷、石墨烯的优异特性，为真正的实际应用提供可能。

将类金属元素锗引入到磷基材料中所形成的GeP_x化合物虽然在早期有所提及，但由于技术和条件的限制，使得GeP_x晶体纯度低、质量差、单晶小，这就严重制约了科研工作者们对GeP_x晶体物理化学性质的研究。随着石墨烯、黑磷等二维材料的兴起，人们又再次对GeP_x晶体产生了浓厚的兴趣。虽然近年来有科研人员利用高能球磨等方法制备出了GeP_x晶体，但其结晶性差、单晶小，不仅样品合成周期时间长，还需要助熔剂，而且微观尺寸多为纳米颗粒状，失去了二维层状材料的特性。因此能够快速制备出大尺寸高质量层状金属磷化物GeP_x单晶就显得尤为重要。

发明内容

根据上述提出的技术问题，本发明通过控制升温速率、压力、温度、保温时间、降温速率等关键参数，提出一种能快速制备出大尺寸高质量层状金属磷化物GeP_x单晶的方法。

本发明采用的技术手段如下：

一种层状金属磷化物GeP_x单晶的制备方法，包括以下步骤：

(1)将单质锗Ge、单质磷P混合后装入加热炉体，将加热炉体放入高压合成组装块中，再将高压合成组装块放进六面顶压机中；

(2)设定压力后升温，达到指定温度后保温；

(3)降温至室温；

(4)缓慢卸压并去除样品表面杂质后得到块状GeP_x晶体；

(5)用锐利物在块状GeP_x晶体上沿解离面剥离得到层状金属磷化物GeP_x单晶。

进一步的，金属磷化物GeP_x单晶为纯相单晶，其中x分别为1、3、5。