收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

新型黑磷基材料的高温高压合成与极端条件物性研究

宋京岩  
【摘要】:二维材料自发现以来研究人员就对其产生了浓厚的兴趣,它的许多物理和化学性质是非常值得我们关注的。2004年石墨烯首次被成功制备,在力学、热学、电学和光学等领域已经展露了非常优秀的性能。尽管石墨烯电子迁移很高,但是基于其零带隙的特点,不能表达电路“通路”、“断路”,严重制约了其在电子、热电、光电等领域的应用。为解决上述问题,作为新型二维材料的黑磷(black phosphorus)走进了我们的视野。我们在前期的研究中发现,由于黑磷结构中存在的层内热学、电学强各向异性,在其特定方向具有使其具备了成为新兴热电材料的巨大潜力。但是,黑磷材料走向实际应用仍然面临稳定性差、大尺寸单晶难以制备及一维材料生长难以突破等技术难题,因此严重限制了其在新型功能材料领域的应用价值。本论文主要依托高温高压技术,对层状黑磷基新型半导体材料(黑磷、磷化锗)实现了大尺寸单晶和新型复合材料的合成,利用金刚石对顶砧压机(DAC)技术对磷化锗高压下的结构与物性进行了研究。具体研究内容从以下方面展开:(1)针对材料科学领域在一维结构黑磷材料的制备难题,我们在本工作中利用真空封管与高温高压制备手段,结合异质生长技术,在国际上首次成功制备“准一维”黑磷基复合材料。我们选取具有高稳定性、宽带隙结构的一维六方氮化硼(h-BN)纳米管作为基底,高纯红磷(RP,99.999 wt%)作为初始材料,首先通过封管法,在真空条件下使气化的红磷附着于氮化硼纳米管表面,通过控制原始材料掺杂比例可以实现其表层厚度调控;其次,利用六面顶大腔体压机使其表面附着的红磷层在2 GPa,1000-1200℃条件下转变为黑磷结构;实验结束后,通过高分辨拉曼、X射线衍射、电子能谱、扫描电镜及透射电镜表征发现成功制备“准一维”黑磷/氮化硼复合材料。该工作制备的一维黑磷/氮化硼复合材料具有可随所选取基底与原始材料比例可调的直径、长度和厚度,同时由于严重影响黑磷稳定性的表面悬键被氮化硼表面硼所束缚,从而使其在空气中的抗氧化能力与热稳定性得到明显提高。此外,由于氮化硼是优越的绝缘材料,本工作所制备黑磷/氮化硼复合材料的导电特性来自表面的黑磷层,因此具有极高的可调节性,从而使其具有广泛的应用前景。我们发现该结构相对于纯的一维黑磷结构具有更高的潜在热电转换效率。目前为止,这是领域内首次实现的“准一维”黑磷基材料。这些优异的性质与制备工艺技术同样可以扩展到具有类似结构的黑磷基一维材料及复合材料中,从而为高性能柔性绿色热电材料的开发设计打开了一扇窗户。(2)磷化锗(GeP_5)是一种具备“类黑磷”结构的新型层状二维材料。相对于黑磷,GeP_5具备更高的稳定性与优越的导电特性,其电导性可以达到石墨的10倍以上,因此在超级电容器、热电转换等新型功能材料研究领域表现出巨大潜力。但目前领域内的主要利用高能球磨技术制备纳米级微小尺寸样品,因此开展大尺寸单晶的制备及其物性研究对其走向实际应用具有重要的意义。高温高压技术在制备大尺寸二维单晶领域具有独特的优势。因此,我们在本工作中利用六面顶大腔体压机,在2.5 GPa,1200℃条件下成功制备出高质量、厘米级的GeP_5单晶。进一步利用金刚石对顶砧技术,结合高压在位拉曼、电输运测试、同步辐射XRD和磁学技术对其在极端条件下的物性进行了探究。我们首次在GeP_5单晶中发现13.5 GPa条件下的由二维到三维转变的结构相变。伴随这一相变,GeP_5单晶在高压下表现出异于其他已报道二维材料的奇异实验现象,包括在高压下拉曼声子光谱的研究压力(60 GPa)范围内的声子软化(即化学键的压制扩张效应)、高压下表现出的稳定超导特性,即在2.5 GPa时出现超导,13.5 GPa条件下达到最高超导温度值10.5 K,之后该超导温度持续稳定到60 GPa,没有出现明显下降的趋势。我们通过理论模拟计算与对压制样品利用高分辨透射电镜的结构分析,发现高压下GeP_5结构内出现的费米能级嵌套以及高压作用下的结构非晶化是导致其声子软化与稳定超导特性出现的原因。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前17条
1 吴世清;;1种PTFE-氮化硼复合材料及其制备方法[J];化工生产与技术;2020年02期
2 张皓然;徐淑艳;卢晓玉;陈墨;;氮化硼复合材料在包装领域应用的研究进展[J];包装工程;2021年03期
3 楚肖莉;孙立军;查鲲鹏;郝春成;;片状氧化铝/球形氮化硼导热膏的制备及表征[J];青岛科技大学学报(自然科学版);2021年02期
4 蔡梦莹;师雯;张梓楠;朱雯雯;翁闯;耿飞;游峰;;低收缩耐热耐油聚氯乙烯/氮化硼复合材料的制备及其性能研究[J];功能材料;2021年03期
5 南钰;郑罡;宋瑞卿;冯明;秦泽华;;氮化硼改性聚氨酯和聚丙烯酸系水基阻燃电缆涂层材料的性能研究[J];塑料工业;2021年07期
6 ;基于氮化硼的新型原子传感器研发成功[J];机床与液压;2021年16期
7 ;一种用于中子辐射防护的超高分子量聚乙烯纤维/氮化硼复合材料及其制备方法[J];高科技纤维与应用;2021年05期
8 刘栋;唐成春;薛彦明;李杰;;新型多孔氮化硼材料[J];化学进展;2013年07期
9 肖化平;陈元平;杨凯科;魏晓林;孙立忠;钟建新;;无序双层六角氮化硼量子薄膜的电子性质[J];物理学报;2012年17期
10 邓金祥;王瑶;张晓康;周涛;汪旭洋;姚倩;陈光华;;氮化硼薄膜的红外光谱研究[J];光散射学报;2008年01期
11 张兰,马会中,姚宁,胡欢陵,张兵临;非晶氮化硼薄膜的场致电子发射研究[J];中国激光;2002年12期
12 王震遐,王玟珉,阮美玲,许浔江;离子轰击产生湍层氮化硼[J];高能物理与核物理;2000年11期
13 张铁臣,马文骏,徐晓伟,邹广田,郭伟力,郭学斌;六角氮化硼的氧化特性对立方氮化硼合成的影响[J];高压物理学报;1991年02期
14 陈康民 ,张国英 ,梁树荔;氮化硼园片固态扩散[J];微电子学与计算机;1974年01期
15 刘孝定;;氮化硼在工业上的使用[J];陶瓷;1976年03期
16 ;关于氮化硼扩散几个工艺问题的探讨[J];半导体技术;1978年02期
17 ;片状氮化硼试用小结[J];半导体技术;1978年02期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 郭艳珠;贾洪林;杨江川;刘艳;孔莘子;王宇睿;李瑞智;马宇;刘斌;;氮化硼-二氧化钛纳米复合体系对玻璃离子水门汀的改性研究[A];2020年中华口腔医学会口腔材料专业委员会第十五次全国口腔材料学术年会论文汇编[C];2020年
2 苏欣;李彦龙;翟振宇;李洪喜;李润东;;改性氮化硼对焚烧烟气中重金属的高温吸附特性研究[A];2020中国环境科学学会科学技术年会论文集(第三卷)[C];2020年
3 朱文帅;罗静;何静;魏延臣;吴沛文;;燃油超深度脱硫二维材料催化剂构建及性能研究[A];第十届全国催化剂制备科学与技术研讨会(成都)论文集[C];2018年
4 张晓康;邓金祥;王瑶;陈光华;郝伟;侯碧辉;贺德衍;;氮化硼薄膜在退火相变中的应力研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(10)[C];2007年
5 熊美;于栋利;何巨龙;田永君;赵智胜;;金属性氮化硼多形体的理论预测[A];第十八届中国高压科学学术会议缩编文集[C];2016年
6 李秀玲;武晓君;曾晓成;杨金龙;;氮化硼纳米材料中线缺陷的模拟和理论研究[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第36分会:纳米体系理论与模拟[C];2014年
7 杜丽娜;许群;;超临界CO_2辅助功能化修饰氮化硼[A];第十二届全国超临界流体技术学术及应用研讨会暨第五届海峡两岸超临界流体技术研讨会论文摘要集[C];2018年
8 王良杰;李涛涛;姚亚刚;;低压化学气相沉积法浮动催化氮化硼纳米管的生长[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第三十六分会:纳米材料合成与组装[C];2016年
9 卢铁梅;叶会见;郑爱爱;徐春锋;徐喜连;徐立新;;氮化硼纳米片的高效剥离及其在介电材料中的应用[A];2016年全国高分子材料科学与工程研讨会论文摘要集[C];2016年
10 于美燕;徐红燕;崔得良;郝宵鹏;王琪珑;蒋民华;;水热法合成氮化硼中的耦合效应[A];纳米材料和技术应用进展——全国第三届纳米材料和技术应用会议论文集(上卷)[C];2003年
11 顾广瑞;金逢锡;李全军;盖同祥;李英爱;赵永年;;氢、氧等离子体处理对氮化硼薄膜场发射特性的影响[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
12 张政;燕军;华帅;陈会会;刘红岐;张中会;;页岩油现场核磁共振物性研究新方法[A];2020年中国地球科学联合学术年会论文集(十九)—专题五十五:非常规油气岩石物理、专题五十六:油气地球物理、专题五十七:超深层-断控型碳酸盐岩油气藏形成演化与富集规律[C];2020年
13 吴锦锋;辛兆鹏;赵雷;;有机-无机杂化前驱体催化裂解制备氮化硼纳米片[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第三十六分会:纳米材料合成与组装[C];2016年
14 王猛;徐立强;杨剑;;氮化硼作载体负载二氧化锡在光催化性能方面的研究[A];中国化学会第28届学术年会第11分会场摘要集[C];2012年
15 宋秀菊;高腾;聂玉峰;孙靖宇;陈宇滨;张艳锋;刘忠范;;利用化学气相沉积法生长大畴区六方氮化硼[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第30分会:低维碳材料[C];2014年
16 段磊;赵建发;靳常青;;层状铜氧化物高温超导体CuBa_2Ca_2Cu_3O_(8+x)的高压制备和物性研究[A];中国晶体学会第六届学术年会暨会员代表大会(极端条件晶体材料分会)论文摘要集[C];2016年
17 王梦霞;马福坤;王正平;郝霄鹏;许心光;;碳掺杂氮化硼(BCN)的三阶非线性光学性质研究[A];第十六届全国光学测试学术交流会摘要集[C];2016年
18 杨起;;氮化硼理化性能、制备、应用和分析方法[A];陕西省机械工程学会理化检验分会第九届年会论文集[C];2013年
19 沈衡;赵宁;徐坚;;冰模板法制备高导热氮化硼/硅橡胶复合材料[A];2015年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题L 高分子复合体系[C];2015年
20 沈智奇;贺连龙;范月英;成会明;李斗星;叶恒强;;氮化硼包裹的立方氧化锆纳米颗粒[A];第十二届全国电子显微学会议论文集[C];2002年
中国博士学位论文全文数据库 前20条
1 熊美;硼—氮化合物新结构的理论与实验研究[D];燕山大学;2017年
2 江悦;基于导通网络结构制备高性能导热与吸波高分子复合材料[D];中国科学技术大学;2019年
3 罗坤;硅和氮化硼新结构及性能的理论与实验研究[D];燕山大学;2017年
4 冯诗倪;氮化硼纳米粒子作为抗肿瘤药物载体的研究[D];江南大学;2018年
5 司海滨;薄层氮化硼空心纳米结构的可控制备,性能及应用研究[D];山东大学;2016年
6 袁颂东;氮化硼纳米材料的制备及性能研究[D];华中科技大学;2009年
7 姜海辉;氮化硼和氮化碳纳米材料的合成与表征[D];山东大学;2007年
8 王伟鹏;几种强关联电子体系材料的结构与物性研究[D];中国科学院大学(中国科学院物理研究所);2018年
9 郑旭;二元轻元素(硼、氮)金属化合物的合成及物性研究[D];中国科学院大学(中国科学院物理研究所);2019年
10 李婧;二元层状硫族/磷族化合物的物性研究[D];中国科学院大学(中国科学院物理研究所);2019年
11 伍计鹏;基于二维材料的近完美吸收器设计及其调控方法研究[D];湖南大学;2017年
12 韩生会;荧光和室温磷光氮化硼纳米点的制备方法探索及其光物理性质研究[D];山东大学;2021年
13 邢丽欣;芳纶/氮化硼增强自修复复合材料的制备及其性能研究[D];哈尔滨工业大学;2016年
14 肖化平;氮化硼—石墨烯复合纳米体系的电子结构与输运性质研究[D];湘潭大学;2012年
15 李延杰;几种新型磷族量子材料的低温物性研究[D];中国科学院大学(中国科学院物理研究所);2020年
16 刘栋;二氧化钛/氮化硼复合光催化剂的制备及光催化性能的研究[D];河北工业大学;2015年
17 杜淼;氮化硼纳米片的制备及其性质研究[D];山东大学;2013年
18 周胜军;氮化硼纳米管的制备、活化及其高分子复合材料[D];厦门大学;2008年
19 李世民;基于微纳结构的辐射控温薄膜制备及物性研究[D];中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所);2021年
20 陈旭;几种新型超导和相关材料的探索与物性研究[D];中国科学院大学(中国科学院物理研究所);2020年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 宋京岩;新型黑磷基材料的高温高压合成与极端条件物性研究[D];曲阜师范大学;2021年
2 吴子豪;多孔氮化硼微纳管的制备及其催化效应研究[D];浙江大学;2020年
3 袁晓海;氮化硼泡沫的制备及性能研究[D];河北工业大学;2018年
4 宋微;氮化硼@聚苯乙烯类复合材料的制备及导热性质研究[D];辽宁大学;2019年
5 陈洁伟;无机层状填料/高分子复合导热材料的制备[D];华南理工大学;2019年
6 卜看看;镍/氮化硼基限域结构催化剂的构筑及其甲烷干重整性能研究[D];上海大学;2019年
7 傅晨洁;纳米氮化硼/聚合物复合材料的制备及其导热性能研究[D];南昌大学;2019年
8 常红红;构筑高比表面积缺陷氮化硼纳米片吸附水中抗生素研究[D];江苏大学;2019年
9 季成龙;基于纳米氮化硼吸湿凉爽面料的开发[D];东华大学;2019年
10 蔡晶;高比表面氮化硼对水体中4种苯系物的吸附研究[D];湖北工业大学;2015年
11 陈璐;BNNS/CNF导热取向膜的制备及其在环氧复合材料中的应用研究[D];中国科学技术大学;2019年
12 裴鑫;3D-BNNS/硅改性环氧树脂高导热复合材料的研制[D];哈尔滨理工大学;2019年
13 王赫兵;高导热绝缘环氧树脂基复合材料的制备与性能研究[D];哈尔滨理工大学;2019年
14 刘涛;二维氮化硼纳米材料的制备及其去除水中重金属离子的机理研究[D];中国科学技术大学;2019年
15 石倩;氮化硼/环氧树脂导热复合材料的制备与性能研究[D];贵州大学;2019年
16 张誉元;基于氮化硼的导热绝缘材料的制备与性能研究[D];吉林大学;2019年
17 肖倩;改性氮化硼/聚芳醚腈导热材料的制备与性能研究[D];电子科技大学;2019年
18 张江艺;氮化硼基电化学传感在农药残留中的检测研究[D];西北大学;2019年
19 杨峥;功能化氮化硼和介孔二氧化硅的制备及其对铀、钍吸附性能研究[D];中国科学技术大学;2018年
20 钟世龙;氮化硼/碳纳米管及氮化硼/石墨烯的三维“桥联”导热网络在聚丙烯基体中的构筑[D];西南大学;2018年
中国重要报纸全文数据库 前8条
1 记者 黄辛;氮化硼表面制备石墨烯单晶获突破[N];中国科学报;2015年
2 记者 李争粉;我国科研团队运用AI设计出石墨烯/氮化硼复合二维材料[N];中国高新技术产业导报;2021年
3 记者 李山;基于氮化硼的新型原子传感器研发成功[N];科技日报;2021年
4 本报记者 魏静;氮化硼牵手石墨稀 超硬材料“风再起”[N];中国证券报;2013年
5 本报记者 张健 饶俊华;艺精科技:中国两面顶金刚石产业的头雁[N];厂长经理日报;2001年
6 记者 聂翠蓉;新型数字开关由石墨烯和氮化硼纳米管制成[N];科技日报;2015年
7 聂翠蓉;新型数字开关 石墨烯和氮化硼纳米管制成[N];中国有色金属报;2015年
8 ;材料厂商:3C市场纷纷出招[N];中国电子报;2005年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978