黑磷，元素符號P，是黑色有金屬光澤的晶體，具有類似石墨的片狀結(jié)構(gòu)，層之間的鍵合比層內(nèi)的鍵合弱，具有導(dǎo)電性。這類晶體的本質(zhì)特征不僅晶體內(nèi)有共價鍵，還有離域鍵和范德華力。

黑磷開始被業(yè)界重視起來，始于2014年。2014年3月初，在《自然•納米技術(shù)》雜志上，復(fù)旦大學(xué)物理系張遠(yuǎn)波教授課題組發(fā)現(xiàn)了一種新型二維半導(dǎo)體材料——黑磷，并成功制備了相應(yīng)的場效應(yīng)晶體管器件。二維黑磷單晶由位于兩個位面的波浪形磷原子組成，業(yè)內(nèi)認(rèn)為，它將有可能替代傳統(tǒng)的硅，成為電子線路的基本材料。這一系列推斷，源于黑磷獨特的特性。

1、直接帶隙

與石墨烯類似，黑磷具有諸多優(yōu)異特性，而黑磷超越石墨烯的最大特點是，黑磷擁有隨著層數(shù)可變的直接帶隙。其頻間帶隙（讓電流通過該物質(zhì)所需要的電伏）是可調(diào)諧的，也就是說，電子工程師可以通過簡單的改變二維黑磷單晶的疊層來調(diào)整帶隙，這一特性有利于根據(jù)具體要求設(shè)計出期望的帶隙。

更重要的是它的半導(dǎo)體帶隙是直接帶隙，即電子導(dǎo)電能帶（導(dǎo)帶）底部和非導(dǎo)電能帶（價帶）頂部在同一位置，實現(xiàn)從非導(dǎo)到導(dǎo)電，電子只需要吸收能量（光能），這意味著黑磷和光可以直接耦合。這個特性讓黑磷成為未來光電器件的重要備選材料之一。

2、電子轉(zhuǎn)移速率

研究人員還發(fā)現(xiàn)，黑磷二維晶體有良好的電子遷移率(~1000cm2/Vs)，可以料想，隨著研究的深入和技術(shù)的進(jìn)步，這一數(shù)值有望得到進(jìn)一步提高。另外，黑磷還有非常高的漏電流調(diào)制率，在這方面，黑磷是石墨烯的10000倍，幾乎可以比肩電子線路的傳統(tǒng)材料“硅”了。

這些屬性讓二維黑磷單晶變身超級材料成為可能。從上述特性中可以看出，黑磷未來在光電領(lǐng)域最有前途，然而，黑磷的應(yīng)用并不局限于光電領(lǐng)域，由于磷是生物體內(nèi)必需的元素，因此，其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用具有無可比擬的優(yōu)勢。

但是，二維黑磷單晶在空氣中不穩(wěn)定。空氣中的水蒸汽會和磷發(fā)生反應(yīng)，把磷轉(zhuǎn)化為磷酸并導(dǎo)致材料腐蝕，嚴(yán)重影響了材料的特性。故此，這一問題或許是阻擋黑磷投入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的一大難題，還需要研究人員設(shè)法解決。

黑磷，被稱為可以比肩石墨烯的“夢幻材料”。黑磷的研究和應(yīng)用才剛開始，目前，其非線性光學(xué)特性被國內(nèi)外多家單位證實并應(yīng)用于超快激光的產(chǎn)生中，未來，黑磷的特性還有待挖掘，還有極大的擴(kuò)展空間。不過，所謂的“夢幻材料”也只是研究人員的推測，對于剛剛發(fā)現(xiàn)的材料的應(yīng)用前景做任何推斷都為時尚早，盲目樂觀與固守成規(guī)都不可取，還需要進(jìn)一步的研究佐證。

目前，黑磷的優(yōu)異特性已經(jīng)掀開了其應(yīng)用前景的一角未來，我們期待隨著研究的深入，黑磷能給我們帶來更多的驚喜。（本網(wǎng)編輯 欣然/文）