一种激光减薄紫磷纳米片及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种激光减薄紫磷纳米片及其制备方法和应用，采用激光法剥离紫磷纳米片，可以简单快捷的在常温常压环境下大量制备1～10层紫磷纳米片。首先对化学气相传输法制备的紫磷进行表面平滑处理后，放置于可固定块体紫磷的承载装置中，采用连续、脉冲激光器对块体紫磷进行辐照，从而制备出激光减薄紫磷纳米片，可为紫磷纳米片在光电领域的应用提供解决方案。决方案。决方案。

【技术实现步骤摘要】
一种激光减薄紫磷纳米片及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于无机纳米薄片制备
，具体涉及一种激光减薄紫磷纳米片及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]紫磷是磷的一种同素异形体，它具有典型的层状单质磷结构与独特的电子和光电特性。紫磷的晶体结构为单斜P2/n(a＝9.210,b＝9.128,β＝97.776
°
)，密度为2.369g/cm3，是一种二维材料。紫磷在空气中稳定存在，紫磷的起始热解温度达到512℃以上，比黑磷高出52℃，这表明紫磷是最稳定的磷同素异形体。紫磷经过剥离后可以得到薄层的紫磷，称为紫磷烯，紫磷烯比黑磷烯更稳定。紫磷烯包括在紫磷纳米片的范围内，当我们剥离的紫磷纳米片层数小至4层以下时，其属于紫磷烯。
[0003]紫磷具有可调带隙的特点，其带隙可在1.44～2.5eV范围内可调，块体紫磷的带隙约为1.4eV，是一种间接带隙半导体材料，而单层紫磷烯的带隙约则为2.54eV，是一种直接带隙半导体。紫磷这种可调谐和厚度相关的带隙结构，与石墨烯的零带隙、黑鳞的带隙(0.3～1.8eV)和二硫化物(TMD)的大带隙(大于2.0eV)形成互补，有效的填补了1.8～2.0eV的带隙空挡区。由此可见，可通过控制紫磷的厚度使其带隙进行调整。同时，它具有高度各向异性的空穴迁移率，其上限位于3000～7000cm
2 V
‑1s
‑1之间。这些综合性能使得薄层紫磷成为未来广泛应用于各种技术的一个重要备选项，特别是在高频电子器件和工作在低波长蓝光范围的光电子器件等。
[0004]目前，常用机械法和溶液法减薄块体紫磷的厚度，但以上两种方法均存在一些缺点：机械减薄法所得二维紫磷纳米片虽然尺寸大、缺陷小但产量低、成品率低；液相减薄法产量高但尺寸小，且有机溶剂难以去除。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种激光减薄紫磷纳米片及其制备方法和应用，以解决传统的机械法剥离紫磷产量小、成品率低以及液相法剥离紫磷尺寸小、有机溶剂难以去除的问题。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]本专利技术公开了一种激光减薄紫磷纳米片的制备方法，包括以下步骤：
[0008]将块体紫磷进行表面处理，放置于承载装置中，通过激光法对紫磷块体进行减薄，得到激光减薄紫磷纳米片。
[0009]优选地，激光法所用的激光为连续激光，其额定功率5～500W，波长355～1064nm，扫描速度1～1000mm/s，加工次数1～500次，激光功率密度0.01
×
105～3.0
×
105W/cm2。
[0010]优选地，激光法所用的激光为纳秒激光，其额定功率5～500W，波长355～1064nm，扫描速度1～1000mm/s，脉冲频率10～300KHz，激光能量密度0.1～100J/cm2，脉宽1～500ns。
[0011]优选地，激光法所用的激光为飞秒激光，其额定功率为5～500W，波长355～1064nm，扫描速度1～1000mm/s，脉冲频率10～300KHz，脉冲宽度1～1000fs，激光能量密度0.1～100J/cm2。
[0012]优选地，激光法所用的激光为皮秒激光，额定功率5～500W，波长355～1064nm，扫描速度1～1000mm/s，脉冲频率10～300KHz，脉冲宽度1～500ps，激光能量密度0.1～100J/cm2。
[0013]优选地，所述块体紫磷的尺寸为2～15mm。
[0014]优选地，表面处理选择1000～4000目砂纸对紫磷表面打磨，直至表面平滑。
[0015]优选地，承载装置为尖头玻璃试管、石英玻璃板、烧杯、硅片、镍基高温合金、凹槽载玻片、热释放胶和聚二甲硅氧烷胶中的任意一种。
[0016]本专利技术还公开了上述制备方法制得的激光减薄紫磷纳米片，该紫磷纳米片层数为1～10层。
[0017]本专利技术还公开了上述激光减薄紫磷纳米片在制备光电器件中的应用。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0019]本专利技术公开了一种激光减薄紫磷纳米片的制备方法，采用激光法剥离紫磷，充分发挥了激光法安全环保、可大批量制备以及可高质量制备紫磷纳米片的优势，可以简单快捷的在常温常压环境下大面积均匀的减薄块体紫磷的厚度，大量制备薄层紫磷纳米片，该方法有效改善了传统的机械法剥离紫磷产量小、成品率低以及液相法剥离紫磷尺寸小、有机溶剂难以去除的问题，激光轰击块体材料表面，所制得的激光减薄紫磷纳米片具有更多的活性位点，能够应用到光电领域，为光电器件的发展及应用提供解决方案。
[0020]进一步地，选择恰当的激光剥离工艺使用的参数对块体紫磷进行剥离，在该工艺参数内可成功剥离出1～10层紫磷纳米片。
[0021]进一步地，对块体紫磷进行前期表面打磨处理，获得平滑的表面，可以使后期减薄更加均匀。
[0022]进一步地，将块体紫磷置入承载装置，特殊的承载装置可更好的固定块体紫磷。
[0023]本专利技术还公开了上述制备方法制得的激光减薄紫磷纳米片，解决了机械法剥离的紫磷纳米片产量低、成品率低以及液相法剥离紫磷纳米片尺寸小，且有机溶剂难以去除的问题，可以大批量高质量制备、可控制其尺寸大小、安全环保。
[0024]本专利技术还公开了上述激光减薄紫磷纳米片在制备光电器件中的应用，随着紫磷层数减少，紫磷的带隙逐渐增大，且由间接带隙变为直接带隙，直接带隙更有利于紫磷半导体对光的吸收以及电子的跃迁，从而更适用于光电器件中，例如利用于光催化器件提高光的吸收率等。
附图说明
[0025]图1为本专利技术块体紫磷原始的表面形貌图；
[0026]图2为本专利技术实施例1制得的激光减薄紫磷纳米片的表面形貌图；
[0027]图3为本专利技术块体紫磷原始的拉曼图；
[0028]图4为本专利技术实施例1制得的激光减薄紫磷纳米片的拉曼图。
具体实施方式
[0029]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0030]需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光减薄紫磷纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将块体紫磷进行表面处理，放置于承载装置中，通过激光法对紫磷块体进行减薄，得到激光减薄紫磷纳米片。2.根据权利要求1所述的激光减薄紫磷纳米片的制备方法，其特征在于，激光法所用的激光为连续激光，其额定功率5～500W，波长355～1064nm，扫描速度1～1000mm/s，加工次数1～500次，激光功率密度0.01
×
105～3.0
×
105W/cm2。3.根据权利要求1所述的激光减薄紫磷纳米片的制备方法，其特征在于，激光法所用的激光为纳秒激光，其额定功率5～500W，波长355～1064nm，扫描速度1～1000mm/s，脉冲频率10～300KHz，激光能量密度0.1～100J/cm2，脉宽1～500ns。4.根据权利要求1所述的激光减薄紫磷纳米片的制备方法，其特征在于，激光法所用的激光为飞秒激光，其额定功率为5～500W，波长355～1064nm，扫描速度1～1000mm/s，脉冲频率10～300K...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶晓慧，魏苗苗，杨智元，郑希，陈萌瑧，齐明，强豪，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：