Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Фосфорин – фосфордан тұратын екі өлшемді материал. Ол қара фосфордың бір қабатынан құралған, фосфордың ең тұрақты аллотропты түрі. Фосфорин графенге (бір қабатты графитке) ұқсас. Екі өлшемді материалдардың арасында фосфорин графенмен бәсекелеседі, себебі оның нөлдік емес негізгі энергиялық аралыққа ие, оны кернеу және қабаттағы қабаттар саны арқылы өзгертуге болады. Фосфорин алғаш рет 2014 жылы механикалық бөліп алу арқылы оқшауланды. Сұйық эксфолиация – фосфориннің кең көлемде өндірілуіне үміт беретін әдіс.
Phosphorene is a two dimensional material consisting of phosphorus. It consists of a single layer of black phosphorus, the most stable allotrope of phosphorus. Phosphorene is analogous to graphene (single layer graphite). Among two dimensional materials, phosphorene is a competitor to graphene because it has a nonzero fundamental band gap that can be modulated by strain and the number of layers in a stack. Phosphorene was first isolated in 2014 by mechanical exfoliation. Liquid exfoliation is a promising method for scalable phosphorene production.
Тарих
1914 жылы қара фосфор – фосфордың қабатты, жартылай өткізгіш аллотропы синтезделді. 2014 жылы бірнеше топтар оның оптоэлектроника мен электроникадағы әлеуетіне байланысты зерттеулер жүргізді, себебі оның қалыңдығын өзгерту арқылы реттелетін жолақтық аралыққа, анизотроптық фотоэлектрондық қасиеттеріне және тасымалдаушылардың жылдамдығына ие. Фосфорин бастапқыда графин өндірісінде кеңінен қолданылатын механикалық жару әдісімен алынды. 2023 жылы мышьяк пен фосфорин қоспалары таза фосфоринге қарағанда жоғары тесік жылдамдығын көрсетті және магниттік қасиеттерге ие болды.
In 1914 black phosphorus, a layered, semiconducting allotrope of phosphorus, was synthesized. In 2014, several groups because of its potential in optoelectronics and electronics due to its band gap, which can be tuned via modifying its thickness, anisotropic photoelectronic properties and carrier mobility. Phosphorene was initially prepared using mechanical cleavage, a commonly used technique in graphene production. In 2023, alloys of arsenic phosphorene displayed higher hole mobility than pure phosphorene and were also magnetic.
Синтез
Фосфорен синтезі маңызды қиындықтар туғызады. Қазіргі уақытта фосфор өндірісінің екі негізгі әдісі бар: скотч таспасын қолдана отырып микросхема жасау.
Synthesis of phosphorene is a significant challenge. Currently, there are two main ways of phosphorene production: scotch tape based microcleavage
Скотч таспасын қолдана отырып жасалған микросхемалар 5 минут ішінде 90%-ға дейін жететін өнімділікті көрсетті. Лазерлік фотон қара фосфор кристаллының бетімен әрекеттеседі, нәтижесінде плазма мен еріткіш көпіршіктері пайда болып, қабаттар арасындағы байланысты әлсіретеді. Лазерлік энергияға, еріткішке (этанол, метанол, гексан және т.б.) және сәулелену уақытына байланысты фосфореннің қабат саны мен көлденең өлшемі бақыланады. Көптеген зерттеушілер еріткіштерде фосфореннің жоғары өнімділігін көрсетті, бірақ осы материалдың мүмкіндіктерін толыққанды пайдалану үшін, осы бос наножапырақтарды еріткіштен жүйелі түрде субстраттарға жағу өте маңызды. H. Kaur және авторлар тобы Langmuir-Blodgett әдісін қолданып, бірнеше қабатты жартылай өткізгіш фосфореннің синтезін, интерфейс арқылы басқарылатын реттелуін және одан кейінгі функционалдық қасиеттерін көрсетті. Бұл фосфорен наножапырақтарын әртүрлі тіректерге біріктірудің және осы жапырақтарды электрондық құрылғыларда пайдаланудың қарапайым және әмбебап шешімін ұсынатын алғашқы зерттеу. Сондықтан Langmuir-Blodgett сияқты ылғалды құрастыру әдістері фосфореннің, сондай-ақ басқа да 2D қабатты бейорганикалық материалдардың электрондық және оптоэлектрондық қасиеттерін зерттеу үшін өте құнды жаңа мүмкіндіктер ашады. Қара фосфореннің тұрақтылығы субстратқа өте сезімтал болғандықтан, 2D фосфореннің тікелей эпитаксиялық өсіруі әлі де қиын, бұл теориялық модельдеу арқылы түсіндіріледі.
In scotch tape based microcleavage, showed a promising yield of up to 90% within 5 minutes. The laser photon interacts with the surface of bulk black phosphorus crystal, causing a plasma and solvent bubbles to weaken the interlayer interaction. Depending on the laser energy, solvent (ethanol, methanol, hexane, etc.) and irradiation time, the layer number and lateral size of the phosphorene were controlled. The high yield production of phosphorene has been demonstrated by many groups in solvents, but to realize the potential applications of this material, it is crucial to deposit these free standing nanosheets in solvents systematically on substrates. H. Kaur et al. demonstrated the synthesis, interface driven alignment and subsequent functional properties of few layer semiconducting phosphorene using Langmuir Blodgett assembly. This is the first study which provides a straightforward and versatile solution towards the challenge of assembling nanosheets of phosphorene onto various supports and subsequently use these sheets in an electronic device. Therefore, wet assemblies techniques like Langmuir Blodgett serves as a very valuable new entry point for the exploration of electronic as well as opto electronic properties of phosphorene as well as other 2D layered inorganic materials. It is still a challenge to directly epitaxially grow 2D phosphorene because the stability of black phosphorene is highly sensitive to substrate, which is understanding by theoretical simulations.
Құрылымы
Фосфорен қалыңдығына байланысты тікелей энергиялық шығыр жолағына ие, оның мәні көлемдік түрінде 0,3 eV болса, моноқабатта 1,88 eV-қа дейін өзгереді.
Phosphorene has a thickness dependent direct band gap that changes to 1.88 eV in a monolayer from 0.3 eV in the bulk.
Ауа тұрақтығы
Фосфореннің бір үлкен кемшілігі – оның ауадағы тұрақтылығының шектеулі болуы. Ылғалды тартатын фосфордан тұратын және өте жоғары бет-көлем қатынасына ие фосфорен, көзге көрінетін жарық әсерімен су буымен және оттегімен әрекеттесіп, сағаттар ішінде ыдырай бастайды. Ыдырау процесінде фосфорен (қатты күйде) оттегімен/сумен реакцияласып, бетінде сұйық фазадағы қышқыл "көпіршіктерді" пайда етеді, содан кейін буланып (буға айналып) толық жоғалады (S B V ыдырауы) және жалпы сапасын күрт төмендетеді.
One major disadvantage of phosphorene is its limited air stability. Composed of hygroscopic phosphorus and with extremely high surface to volume ratio, phosphorene reacts with water vapor and oxygen assisted by visible light to degrade within the scope of hours. Through the degradation process, phosphorene (solid) reacts with oxygen/water to develop liquid phase acid 'bubbles' on the surface, and finally evaporate (vapor) to fully vanish (S B V degradation) and severely reducing overall quality.
Батарея электроды
Фосфорен литий-ионды аккумуляторлар сияқты қайта зарядталатын аккумуляторлар үшін перспективті анодтық материал болып саналады. Қабаттар арасындағы кеңістік литийді сақтауға және тасымалдауға мүмкіндік береді. Фосфореннің қабат саны мен көлденең өлшемі анодтың тұрақтылығы мен сыйымдылығына әсер етеді. Фосфорен өте жұқа болуымен, идеалды электростатикалық бақылаумен және жоғары механикалық икемділігімен икемді наножүйелер үшін перспективті кандидат болып табылады. Зерттеушілер аз қабатты фосфор негізінде икемді транзисторларды, тізбектерді және АМ демодуляторын жасады, бұл бөлме температурасындағы жоғары тасымалдаушылардың жылдамдығы ~310 см²/Вс және күшті ток қанықтығымен ам биполярлық тасымалды жақсартты. Цифрлық инвертор, кернеу күшейткіш және жиілік еселегіш сияқты негізгі тізбек элементтері іске асырылды. 20 ГГц ең жоғары ішкі кесілу жиілігі бар радиожиілікті (RF) транзисторлар жоғары жиілікті икемді интеллектуалды наножүйелерде қолдануға мүмкіндік береді.
Phosphorene is considered a promising anode material for rechargeable batteries, such as Lithium ion batteries. The interlayer space allows lithium storage and transfer. The layer number and lateral size of phosphorene affect the stability and capacity of the anode.]] Phosphorene is a promising candidate for flexible nano systems due to its ultra thin nature with ideal electrostatic control and superior mechanical flexibility. Researchers have demonstrated the flexible transistors, circuits and AM demodulator based on few layer phosphorus, showing enhanced am bipolar transport with high room temperature carrier mobility as high as ~310 cm2/Vs and strong current saturation. Fundamental circuit units including digital inverter, voltage amplifier and frequency doubler have been realized. Radio frequency (RF) transistors with highest intrinsic cutoff frequency of 20 GHz has been realized for potential applications in high frequency flexible smart nano systems.