作為剛剛興起兩三年的新材料，石墨烯行業(yè)尚處于資本和產(chǎn)業(yè)“群雄逐鹿”時(shí)代。然而，另一種新型單元素二維原子晶體材料——黑磷被發(fā)現(xiàn)，與石墨烯類似，黑磷具有諸多優(yōu)異特性，故被稱為比肩石墨烯的“夢(mèng)幻材料”。黑磷的研究和應(yīng)用才剛開始，其非線性光學(xué)特性被國內(nèi)外多家單位證實(shí)并應(yīng)用于超快激光的產(chǎn)生中。可以預(yù)見不久的將來，它將成為“第二個(gè)石墨烯”。 那么，我們來了解一下黑磷究竟是什么東西？

　　1、黑磷是什么?

　　黑磷，元素周期表第15位，元素符號(hào)P。黑色有金屬光澤的晶體, 它是用白磷在很高壓強(qiáng)和較高溫度下轉(zhuǎn)化而形成的。

　　2、黑磷的屬性？

　　黑磷具有正交結(jié)構(gòu)且是反應(yīng)活性最低的磷同素異形體。其晶格是一個(gè)相互鏈接的六元環(huán)，每個(gè)原子都與其他三個(gè)原子相連 。黑磷在常溫常壓下是一種熱力學(xué)穩(wěn)定的磷的同素異形體，因此黑磷難以制備，一般是通過將白磷在高壓條件下(12 000 atm) 加熱制得。黑磷呈現(xiàn)黑色、片狀，并能導(dǎo)電，鏈接原子呈褶皺的片狀。在層狀黑磷結(jié)構(gòu)中的聲子、光子和電子表現(xiàn)出高度的各向異性，在電子薄膜和紅外線光電子技術(shù)上有重大潛在應(yīng)用價(jià)值。

　　常見的黑磷有四種：斜方、菱形、立方和無定形。無定形的黑磷在125℃向紅磷轉(zhuǎn)變。黑磷具有類似石墨的片狀結(jié)構(gòu)（波形層狀結(jié)構(gòu)）。層之間的鍵合比層內(nèi)的鍵合弱，與石墨相似，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(jià)鍵還有離域鍵和范德華力。有些科研機(jī)構(gòu)對(duì)黑磷的插層性能進(jìn)行研究。

　　將白磷在高壓下，或在常壓用汞作催化劑，和以小量黑磷作為晶種的情況下，在493~643開爾文下加熱八天，即可得到鋼灰色的同素異形體——黑磷。

　　3、黑磷與石墨烯區(qū)別？

　　與石墨烯最大不同在于，黑磷存在能隙，而石墨烯沒有。那能隙是什么呢？在半導(dǎo)體中，由于能隙的存在，半導(dǎo)體只有吸收足夠的能量才會(huì)呈現(xiàn)出另一種狀態(tài)，即在半導(dǎo)體原件中可以表示0和1。如果沒有能隙存在，就很難表示數(shù)字電路中的邏輯狀態(tài)。

　　4、黑磷的制備及成本？

　　黑磷難以制備，難以保存。目前只有一種制備方法，就是將紅磷在高溫高壓下形成黑磷，然后將黑磷剝離成可制備納米材料的原子厚度的薄片，但由于溫度和壓力不易控制，合成黑磷的成功率不高。而更不幸的是，黑磷暴露在空氣中后，就會(huì)和空氣中的水蒸氣和氧氣反應(yīng)，性能就會(huì)大打折扣。所以同石墨烯一樣，黑色的磷也不容易大量生產(chǎn)。如果解決了這些問題，硅時(shí)代可能就要改名叫黑磷時(shí)代了。

　　黑磷將來能否實(shí)現(xiàn)在電子學(xué)和光子應(yīng)用很大程度上取決于是否發(fā)展出能夠可靠、大規(guī)模合成制備二維黑磷的方法。二維黑磷的制備分為兩部分,首先是塊狀黑磷的制備,其次是二維黑磷的制備。

　　獲得高質(zhì)量的二維黑磷是最為關(guān)鍵的制備環(huán)節(jié),研究的思路類比于結(jié)構(gòu)相似的石墨烯制備,主要的研究集中于近兩年。所以二維黑磷的制備仍在研究初步階段,產(chǎn)業(yè)化尚需時(shí)日。目前制備二維黑磷的方法主要有三種:機(jī)械剝離法、液相剝離法、脈沖激光沉積法,其中機(jī)械剝離法是最常用的方法。

　　5、黑磷的未來應(yīng)用前景？

　　2014 年以來,黑磷由于其優(yōu)異的性能,開始獲得廣泛關(guān)注,甚至被認(rèn)為能與石墨烯相媲美的二維原子材料。二維黑磷最特別的價(jià)值體現(xiàn)在它與其他二維材料材料不同的三個(gè)方面。

　　(1)光學(xué)性質(zhì)方面:研究顯示,黑磷在近紅外以及中紅外光電器件領(lǐng)域,如光探測(cè)器、調(diào)制解調(diào)器、發(fā)光二極管,有應(yīng)用潛力。此外,單層的黑磷光響應(yīng)波段能夠包含較廣的范圍,并且能夠和電磁波發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用,能夠在醫(yī)藥、國防、通信、夜視、熱成像技術(shù)和近紅外、中紅外以及可見光區(qū)的光通信等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。

　　(2)電學(xué)性質(zhì)方面:黑磷具有較高的遷移率/開關(guān)比,使其能應(yīng)用到石墨烯力所不及的場(chǎng)效應(yīng)晶體管中。目前,第一代的高速黑磷晶體管受益于黑磷獨(dú)特的帶隙性質(zhì)帶來的良好電流飽和性能,在電壓和功率增益上顯示出優(yōu)越的電子輻射頻率。未來預(yù)期在納米電子學(xué)器件會(huì)有更大的應(yīng)用。在電子設(shè)備中或許有更多的應(yīng)用：晶體管、傳感器、太陽能電池、開關(guān)、電池電極等。其中一些應(yīng)用已經(jīng)被測(cè)試，效果非常好。

　　(3)平面內(nèi)各向異性:黑磷最獨(dú)特的性質(zhì)是平面內(nèi)很強(qiáng)的各向異性,其正交晶系的D2h 點(diǎn)群中,沿著縱向的鋸齒型的有效載流子是沿著橫向結(jié)構(gòu)的十倍。這一性質(zhì)使得黑磷用于設(shè)計(jì)新型的電子學(xué)和光子學(xué)器件成為可能,新的研究方向已在探索中。目前,研究者已經(jīng)開始探索黑磷等離子器件外加光電子的獨(dú)特偏振性質(zhì),以及在熱電器件上的應(yīng)用。

　　6、相關(guān)黑磷概念股及公司？

興發(fā)集團(tuán)

　　宜昌興發(fā)集團(tuán)有限責(zé)任公司：是國內(nèi)最大的磷礦資源企業(yè)之一，目前公司磷礦石儲(chǔ)量約2億噸左右，同時(shí)還有部分礦山處于探礦階段。

　　公司地處湖北省宜昌市，宜昌市是我國磷礦富集帶，是全國五大磷礦基地之一，資源儲(chǔ)量位居全國第二。

　　2015年公司收購了遠(yuǎn)安吉星化工45%的股權(quán)和堯治河橋溝礦業(yè)50%的股權(quán)，與斯帕爾化學(xué)簽署了楓葉化工少數(shù)股權(quán)收購意向協(xié)議，進(jìn)一步增加公司磷礦資源權(quán)益。

　　2016年8月19日，興發(fā)集團(tuán)正式公告投資組建成立湖北中科墨磷科技有限公司。該公司將與中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院聯(lián)合組建實(shí)驗(yàn)室，共同開展黑磷及其相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)。

六國化工

　　安徽六國化工股份有限公司：是華東地區(qū)規(guī)模最大的磷復(fù)肥和磷化工一體化專業(yè)制造企業(yè)。

　　公司主要生產(chǎn)基地坐落于長(zhǎng)江沿線，直通湖北宜昌磷礦供應(yīng)地，具備“酸肥結(jié)合”、“礦肥結(jié)合”的生產(chǎn)要素稟賦優(yōu)勢(shì)。公司參股的宜昌明珠磷化工業(yè)有限公司，地處中國磷產(chǎn)區(qū)三大中心之一。

　　很早就已發(fā)展成為年產(chǎn)磷礦石35萬噸，年生產(chǎn)礦粉8萬噸，12萬噸礦加工能力的規(guī)模型自營(yíng)出口企業(yè)。母公司旗下的宿松六國礦業(yè)擁有豐富的磷礦資源，其北沖礦區(qū)采礦許可證設(shè)計(jì)年產(chǎn)磷礦原礦56萬噸。

云天化

　　云天化集團(tuán)有限責(zé)任公司：公司是中國目前最大的磷礦采選企業(yè)，生產(chǎn)規(guī)模位居全國第一，公司子公司磷化集團(tuán)是國家重點(diǎn)化學(xué)礦山企業(yè)，國家級(jí)云南磷復(fù)肥基地的磷礦采選基地。

澄星股份

　　江陰澄星集團(tuán)：已經(jīng)獲得采礦權(quán)或探礦權(quán)的磷礦資源儲(chǔ)量超過1.26億噸，已獲采礦權(quán)證的核定年開采量110萬噸。

　　公司已經(jīng)成為國內(nèi)擁有磷礦資源最多的磷化工企業(yè)之一。我國磷礦資源主要在西南云貴川地區(qū)，而精細(xì)磷化工產(chǎn)品的消費(fèi)市場(chǎng)主要在沿海地區(qū)和國際市場(chǎng)。

　　公司黃磷生產(chǎn)基地位于云南，而精細(xì)磷化工生產(chǎn)基地位于長(zhǎng)江三角洲和廣西欽州港，交通運(yùn)輸便捷，靠近目標(biāo)市場(chǎng)。

湖北宜化

　　湖北宜化：公司全資子公司宜化肥業(yè)持有華瑞礦業(yè)82.54%股權(quán)。華瑞礦業(yè)所屬卡哈洛磷礦探明磷礦資源儲(chǔ)量12285.1萬噸，公司擁有采礦許可證的磷礦石開采能力已達(dá)到130萬噸/年。

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