Sort fosfor er den nye konkurrent til grafen

Ekstremt tynde lag af sort fosfor - lag med en tykkelse på få atomer - er på visse måder mere velegnede end det todimensionelle kulstofmateriale grafen, når det gælder anvendelser inden for elektronik.

Det skyldes ikke mindst, at det besidder et naturligt båndgab, som er en af forudsætningerne for at fremstille transistorer og andre elektronikkomponenter.

Læs også: Flade lag af fosfor er bedre til elektronik end kulstofmaterialet grafen

Da Ingeniøren først gang skrev om fosforen, som er betegnelsen for de tynde lag af sort fosfor, gjorde vi opmærksom på, at det var vanskeligt i praksis at masseproducere materialet.

Det problem har en af verdens førende materialeforskere, Jonathan Coleman, og hans forskningsgruppe ved Trinity College i Dublin, Irland, nu fundet en løsning på sammen med bl.a. forskere fra det kinesiske videnskabsakademi.

Forskerne har desuden vist, at fosforen ikke kun kan finde anvendelse til elektronik, men også kan bruges som eksempelvis en gassensor, en optisk switch eller til at gøre kompositmaterialer stærkere.

Fosforen tåler ikke vand

I de første forsøg med fosforen trak man de supertynde lag af en krystal af sort fosfor med et stykke tape - helt på sammen måde som Andre Geim og Kostya Novoselov fra University of Manchester gjorde i 2004, da de første gang fremstillede og analyserede grafen.

I dag er der udviklet mere effektive produktionsmetoder, som har sat gang i en enorm forskning i grafen, som er udpeget til et europæiske flagskibsprojekt.

Læs også: Europa i gigantisk satsning på grafen og hjerneforskning

En lang række andre todimensionale materialer har også vist sig interessante.

Læs også: Atomtynde materialer kan føre til helt ny elektronik

Et af problemerne med nanolag af sort fosfor er, at de degraderer, når de kommer i kontakt med vand eller ilt. Forskergruppen bruger derfor N-Cyclohexyl-2-pyrrolidon (CHP) som et opløsningsmiddel.

De bombarder sort fosfor i CHP med akustiske bølger med en frekvens på 20 kHz og en effekt på 750 W. Fra opløsningen udtages prøver, hvorfra man efter centrifugering ved 1.000 omdrejninger i minuttet eller mere opnår de ønskede 2-3 atomlag tykke flade lag af sort fosfor.

Når lagene er eksfolieret i CHP, er de stabile, så længe de ikke udsættes for kontakt med vand. Hvis vand kommer i kontakt med materialet, vil fosforatomer blive revet af, idet der dannes PH3 og PO3H3.

Mange anvendelser

De elektroniske egenskaber af fosforen har tidligere været kendt. Peide Ye fra Purdue University i USA har bl.a. fremstillet felteffekttransistorer af materialet.

Jonathan Coleman og co. viser i deres nye artikel, at fosforen også kan virke som en ammoniaksensor, da materialets elektriske modstand øges ved kontakt med ammoniak. Det vil være muligt at detektere en koncentration af ammoniak, der svarer til 80 ud af en milliard (80 ppb).

Materialet har også en ikke-lineær optisk effekt, der betyder, at absorptionskoefficienten falder, når intensiteten af lys, der rammer fosforenlaget øges.

I artiklen konkluderer forskerne derfor afslutningsvis, at de mener deres produktionsmetode vil gøre det muligt at anvende sort fosfor i lag af få atomer på en række måder.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Lidt usikker, men syntes at have hørt, at der bliver mangel på P indenfor de næste 50-100 år og da det er en vigtig del af vores fødekæde er det skidt hvis man propper det i elektronik istedet? Omvendt kan der måske opkomme et økonomisk incitament til at opsamle P fra f.eks. spildevand ?

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten