本發(fā)明涉及用力化學(xué)法對黑磷晶體進行精細(xì)化粉碎和剝離，得到單層黑磷烯、寡層黑磷烯和納米黑磷片。所得的單層黑磷烯、寡層黑磷烯和納米黑磷片是一種新型的功能性半導(dǎo)體材料，既可單獨使用，也可與石墨烯、納米石墨片等復(fù)合后使用，在電子、發(fā)光、電池、建材、裝飾、日用等領(lǐng)域有廣泛的用途。
背景技術(shù)：
二維石墨烯的電子結(jié)構(gòu)中不具備能隙，從而在電子學(xué)應(yīng)用中不能實現(xiàn)電流的“開”和“關(guān)”，這就弱化了其取代計算機電路中半導(dǎo)體開關(guān)的用途。為此，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)黑磷是石墨烯的潛在競爭者。黑磷也有類似石墨的二維結(jié)構(gòu)，其片層厚度為一個原子，并有著天然的帶隙。黑磷的原子與石墨烯一樣，是六角形排布，但其表面輕微起皺。再加上帶隙，可以在絕緣和導(dǎo)電兩種狀態(tài)中轉(zhuǎn)換，電子遷移速度快。
黑磷烯這種材料在電子領(lǐng)域能否應(yīng)用的關(guān)鍵是能否找到高效制備單層黑磷的方法，并把其沉積在介質(zhì)上。
本發(fā)明所披露的制備方法，是采用力化學(xué)法對黑磷晶體進行精細(xì)化粉碎和剝離，得到單層黑磷烯、寡層黑磷烯和納米黑磷片。得到的黑磷烯不僅質(zhì)量高，結(jié)構(gòu)缺陷少，而且可量產(chǎn)，可大規(guī)模制備，因而可以進行大規(guī)模應(yīng)用。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明涉及用力化學(xué)法對黑磷晶體進行精細(xì)化粉碎和剝離，得到單層黑磷烯、寡層黑磷烯和納米黑磷片。所得的單層黑磷烯、寡層黑磷烯和納米黑磷片是一種新型的功能性半導(dǎo)體材料，既可單獨使用，也可與石墨烯、寡層石墨烯和納米石墨片等復(fù)合后使用，在電子、發(fā)光、電池、建材、裝飾、日用等領(lǐng)域有廣泛的用途。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：
黑磷晶體是用于制備單層黑磷烯、寡層黑磷烯和納米黑磷片的黑磷原料，把這些黑磷原料分散于液體介質(zhì)中，所述的液體介質(zhì)為二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、n-環(huán)己基-吡咯烷酮、乙烯基吡咯烷酮、二甲基亞砜及它們的復(fù)合物。在上述黑磷分散液中加入防沉劑進行分散，使之具有良好的流動性和抗氧化性。所述的防沉劑為氧化硅、納米纖維素、碳黑、碳納米管及它們的復(fù)合物。
把上述的黑磷分散液先后經(jīng)過砂磨機、均質(zhì)機、大功率超聲分散機和球磨機進行逐次研磨分散，可得單層黑磷烯、寡層黑磷烯和納米黑磷片的混合分散液。
具體實施方式
實施例1
把500目的市售黑磷晶體100克，分散于1000克二甲基甲酰胺中，加入氧化硅2克，在緩慢攪拌下，得到分散均勻的黑磷分散液。用膠體磨循環(huán)分散二遍，并用球磨機球磨8小時，得單層黑磷烯和寡層黑磷烯的混合分散液。
把該混合分散液在離心機中進行分離，離心機的分離因子達(dá)1萬以上，取上層清液，可得單層黑磷烯在二甲基甲酰胺中的分散物；余下的分散液，為寡層黑磷烯的二甲基甲酰胺分散液。
實施例2
把1000目的市售黑磷晶體100克，分散于1000克n-甲基吡咯烷酮中，加入低結(jié)晶度的納米纖維素干粉5克，用膠體磨循環(huán)分散二遍，并用球磨機球磨8小時，得分散性和防沉性良好的單層黑磷烯、寡層黑磷烯和納米黑磷片的混合分散液。
把該混合分散液用乙醇洗滌，置換掉n-甲基吡咯烷酮，得單層黑磷烯、寡層黑磷烯和納米黑磷片在乙醇中的混合分散液。
實施例3
把400目的市售黑磷晶體100克，分散于1000克n-環(huán)己基-吡咯烷酮中，加入低結(jié)晶度的納米纖維素干粉7克，用膠體磨循環(huán)分散二遍，并用球磨機球磨8小時，得分散性和防沉性良好的單層黑磷烯、寡層黑磷烯和納米黑磷片的混合分散液。
把該混合分散液用乙醇洗滌，置換掉n-環(huán)己基-吡咯烷酮，得單層黑磷烯、寡層黑磷烯和納米黑磷片在乙醇中的混合分散液。
實施例4
把400目的市售黑磷晶體100克，分散于1000克乙烯基吡咯烷酮中，加入低結(jié)晶度的納米纖維素干粉5克，再加入碳黑5克，用膠體磨循環(huán)分散二遍，并用大功率超聲分散機超聲12小時，得分散性和防沉性良好的單層黑磷烯、寡層黑磷烯和納米黑磷片的混合分散液。
實施例5
把1000目的市售黑磷晶體100克，分散于1000克二甲基亞砜中，加入碳納米管8克，用膠體磨循環(huán)分散二遍，在循環(huán)模式下用均質(zhì)機處理1小時，得分散性和防沉性良好的單層黑磷烯、寡層黑磷烯和納米黑磷片的混合分散液。
實施例6
把1000目的市售黑磷晶體100克，分散于500克n-甲基吡咯烷酮和500克n-環(huán)己基-吡咯烷酮的混合溶液中，加入碳黑和碳納米管各5克，用膠體磨循環(huán)分散二遍，在循環(huán)模式下用均質(zhì)機處理1小時，得分散性和防沉性良好的單層黑磷烯、寡層黑磷烯和納米黑磷片的混合分散液。
實施例7
把1000目的市售黑磷晶體100克，分散于1000克n-甲基吡咯烷酮中，加入低結(jié)晶度的納米纖維素干粉5克，用膠體磨循環(huán)分散二遍，在循環(huán)模式下用均質(zhì)機處理2小時，得分散性和防沉性良好的單層黑磷烯、寡層黑磷烯和納米黑磷片的混合分散液。
實施例8
把1000目的市售黑磷晶體100克，分散于500克n-甲基吡咯烷酮和500克n-環(huán)己基-吡咯烷酮的混合溶液中，加入碳黑和碳納米管各5克，用膠體磨循環(huán)分散二遍，在循環(huán)模式下用均質(zhì)機處理2小時，得分散性和防沉性良好的單層黑磷烯、寡層黑磷烯和納米黑磷片的混合分散液。
實施例9
把實施例2所得的得分散性和防沉性良好的單層黑磷烯、寡層黑磷烯和納米黑磷片在乙醇中的混合液100克，置于鼓風(fēng)烘箱中，先用氮氣把烘箱中的空氣置換掉，然后在氮氣保護下在120℃進行烘干2小時，得單層黑磷烯、寡層黑磷烯和納米黑磷片的混合干粉，該粉具有良好的分散性。
實施例10
把實施例3所得的得分散性和防沉性良好的單層黑磷烯、寡層黑磷烯和納米黑磷片在乙醇中的混合液100克，置于鼓風(fēng)烘箱中，先用氮氣把烘箱中的空氣置換掉，然后在氮氣保護下在120℃進行烘干2小時，得單層黑磷烯、寡層黑磷烯和納米黑磷片的混合干粉，該粉具有良好的分散性。