[发明专利]一种晶态红磷薄片的制备方法

说明书

本发明属于功能材料技术领域，具体而言，涉及一种晶态红磷薄片的制备方法。该方法包括：将原料非晶红磷、碘和锡按质量比装入反应器的一端，另一端放置尺寸合适的目标衬底；随后加热将反应器真空密封；将反应器水平放置于加热炉中，升温至设定，并保温，然后降温至室温，目标衬底上成功制备晶态红磷薄片。本发明首次提出了在衬底上直接制备晶态红磷薄片的方法；本发明使用商业化的非晶红磷为原料，容易得到，生产成本较低；本发明制备得到的晶态红磷薄片结晶质量极高，取向明确，并且可以根据应用选择目标衬底来制备晶态红磷薄片，为未来晶态红磷在电子、光电子等领域的实际应用奠定坚实基础。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体而言，涉及一种晶态红磷薄片的制备方法。

背景技术

单质磷具有丰富的同素异形体，主要包括白磷、黑磷和红磷等。其中，相比于白磷和黑磷，红磷同时具备性质稳定、便宜易得和环境友好的特点。在日常生活中，红磷可以被制成点火剂、阻燃剂、农药、化肥等；科学研究中也广泛应用于半导体掺杂剂、光催化和锂钠离子电池等领域。

近年来，晶态红磷被证明具有半导体特性和光电响应性质，展示了作为电子和光电子功能材料的潜力。目前，晶态红磷纳米片或纳米带的制备依赖于自上而下方法。即首先制备体块的晶态红磷，然后通过机械剥离或者液相剥离得到低维晶态红磷，最后转移到目标衬底上构筑器件。

发明内容

本发明旨在至少一定程度上解决上述技术问题，基于发明人对以下事实和问题的发现和认识，晶态红磷纳米片或纳米带的制备存在诸多缺点：1、制备过程繁琐复杂；2、制备的晶态红磷纳米片或纳米带尺寸和形貌不可控；3、剥离及转移过程会导致氧化和杂质污染等。为了充分挖掘晶态红磷潜力，为后续的实际应用做好铺垫，急需开发一种直接在衬底上制备的高结晶质量、取向明确的晶态红磷薄片的途径。

本发明的目的在于提供一种晶态红磷薄片的制备方法，直接在衬底上制备晶态红磷薄片的方法，为后续晶态红磷在电子器件和光电器件领域的应用奠定坚实基础。

本发明的实施例提出了一种晶态红磷薄片的制备方法，包括如下步骤：

(1)将原料非晶红磷、碘和锡与目标衬底置于反应器的两端；

(2)对反应器进行真空密封；

(3)将反应器水平放置，升温，保温，降温，得到晶态红磷薄片。

本发明首次提出了在衬底上直接制备晶态红磷薄片的方法。本发明的上述实施例使用商业化的非晶红磷为原料，容易得到，因此生产成本较低。本方法制备得到的晶态红磷薄片结晶质量极高，取向明确。可以根据实际应用需求，选择目标衬底来制备晶态红磷薄片，为未来晶态红磷在电子、光电子等领域的实际应用奠定了坚实基础。

在一些实施例中，所述步骤(1)中，原料非晶红磷、碘和锡的质量比为(10～30):1:1。

在一些实施例中，所述步骤(1)中，目标衬底为SiO₂/Si、石英、硅、氮化镓、蓝宝石、氟金云母或钙钠玻璃衬底中的任何一种。

在一些实施例中，所述步骤(2)中，密封的真空度范围为10^-5～10Pa。

在一些实施例中，所述步骤(3)中，升温、保温、降温，得到晶态红磷薄片的具体过程为：在3小时内升温至500～700℃，保温5～20小时，在5～20小时内降温至室温，目标衬底上制备得到晶态红磷薄片。

根据本发明实施例的制备方法，其优点是：

本发明实施例的制备方法，是首次提出了在衬底上直接制备晶态红磷薄片的方法，而且制备过程中使用了商业化的非晶红磷作为原料，容易得到，使红磷的生产成本较低。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。