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紫磷
鎖定
- 中文名
- 紫磷
- 外文名
- Violet phosphorus
- 性 狀
- 宏觀單晶為暗紅色透明晶體
- 物理性質
- 光學帶隙約1.7 eV
- 化學性質
- 十分穩定，512℃開始分解
紫磷定義
紫磷的基本組成單元是由-P2-P8-P2-P9-循環構成的管狀結構，該管狀結構平行排列成一個平面，構成一系列平行平面，上下兩個相鄰的平面間管狀結構走向互相垂直，兩個平行面間相鄰的兩個垂直排列的管狀結構之間通過最近鄰的兩個P9的頂點原子互相連接構成紫磷烯，紫磷烯沿着c周方向AB堆垛構成紫磷結構。紫磷在成功合成單晶結構之前數據少見的磷的同素異形體，甚至有些研究者認為可能紫磷根本不存在，只是合成過程中的一種過渡態,直到2019年通過化學氣相轉移法成功合成宏觀尺寸的紫磷單晶。
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紫磷紫磷的研究進展
2019年，西安交通大學張錦英課題組張麗輝博士生首次合成宏觀尺寸單晶，並通過機械剝離和液體剝離的方法首次獲得紫磷烯。紫磷和紫磷烯都比黑磷與黑磷烯更穩定，進一步驗證了紫磷是最穩定的磷同素異形體。
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而且通過化學氣相傳輸方法，製備了高結晶和高純度的紫磷晶體，調整合成參數使其產率高達80%；並通過温度和時間參數對形核、晶體尺寸的影響，以及紫磷晶體周圍的結構特徵提出了相應的合成機理。
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紫磷是另一種層狀磷同素異形體。通過膠帶剝離將紫磷烯轉移到金和二氧化硅基底上分別測試了其表面功函數，發現其功函數的數值隨層數和基底的變化而發生變化。紫磷烯在導體金基底上可以避免表面電荷聚集，所測的表面功函數更接近於原始值，所測得單層紫磷烯的功函數為5.16eV，隨着層數增加而降低，最後趨於4.8eV。
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由於超薄層紫磷烯難以避免受基底材料雜化作用使實驗值偏離原始值，通過多種計算方法發現SCAN-rVV10的計算方法最接近材料原始值。同時通過SCAN-rVV10的計算方法計算出不同層數紫磷烯的導帶底（CBM）和價帶頂（VBM），並與一些常見金屬和半導體作比較，為後續的異質結構設計提供理論依據。
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通過膠帶剝離將紫磷烯轉移到帶有孔結構的二氧化硅基底（電子束光刻製備）上測試其力學性能，發現具有交叉結構的紫磷烯二維材料是截至2021年報道的所有二維結構中抗變形能力最強的，具有最高的二維彈性模量，少層紫磷烯具有極高的二維楊氏模量，通過推導估算單層紫磷烯的二維楊氏模量為1512 N/m，多層紫磷的本徵楊氏模量為315 GPa，這主要是因為紫磷烯二維交叉結構可以很好地分散施加載荷。
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- 參考資料
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- 1. Zur Kenntniss des Phosphors ．Annalen der Physik．1865[引用日期2020-01-15]
- 2. Über Struktur und Eigenschaften der Halbmetalle. XXII. Die Kristallstruktur des Hittorfschen Phosphors ．Acta Crystallographica Section B．1969-01[引用日期2020-01-15]
- 3. 合成宏觀尺寸紫磷單晶及表明紫磷烯的結構及性能 ．科學網．2019-11-20[引用日期2020-01-15]
- 4. Structure and Properties of Violet Phosphorus and Its Phosphorene Exfoliation ．Angewandte Chemie International Edition．2019-11-12[引用日期2020-01-15]
- 5. Work Functions and Band Alignment of Few-Layer Violet Phosphorene ．Journal of Materials Chemistry A．2020-04-06[引用日期2020-04-15]
- 6. 西安交大在紫磷烯特性研究領域取得重要進展 ．西安交通大學新聞網．2020-04-07[引用日期2020-04-15]
- 7. Cross structured two-dimensional violet phosphorene with extremely high deformation resistance ．Journal of Materials Chemistry A．2021-05-19[引用日期2021-06-28]
- 8. 西安交大在紫磷的高產率合成研究中取得重要進展 ．交大新聞網．2020-09-14[引用日期2021-07-10]
