Fosforen

odmiana alotropowa fosforu

Fosforenalotropowa odmiana fosforu, nanomateriał o płaskiej strukturze, analogicznej do grafenu, silicenu i germanenu. Atomy czarnego fosforu w rombowym układzie krystalograficznym tworzą jednoatomowej grubości warstwę[1] (w przeciwieństwie do grafenu pofałdowaną). W sieci krystalicznej atomy połączone są w sześciokąty na podobieństwo plastra miodu, gdzie każdy atom fosforu ma trzy wiązania z sąsiednimi atomami[2]. Ze względu na swoją minimalną grubość fosforen jest uważany za strukturę dwuwymiarową[2][3]. Niezmiernie małej grubości materiał wykazuje właściwości półprzewodnikowe i jest przedmiotem zainteresowania nauki jako mogący znaleźć rozliczne zastosowania w elektronice i przemyśle[4].

Struktura czarnego fosforu. Widoczne pofałdowane warstwy fosforenu

Właściwości fizyczneEdytuj

 
Struktura fosforenu: (a) widok ogólny, (b) przekrój, (c) rzut z góry. Czerwone (niebieskie) kule reprezentują atomy fosforu w dolnej (górnej) warstwie[5].

Fosforen ma metaliczny połysk i właściwości półprzewodnikowe[3][6], gdyż w przeciwieństwie do grafenu, ma niezerową przerwę energetyczną. Służyć może m.in. do wytwarzania cienkich, a przy tym elastycznych układów elektronicznych, które mogą być łatwiej chłodzone niż obecne, wykonywane z krzemu. Na świecie są już prowadzone eksperymenty z takimi układami. Na Politechnice Gdańskiej badane są interakcje fosforenu z materiałami biologicznymi. Jednym z potencjalnych zastosowań jest użycie fosforenu w miniaturowych biosensorach, które mogą znaleźć szerokie zastosowania w biotechnologii i medycynie[7].

 
Schemat otrzymywania oraz zastosowania fosforenu w elektronice i biosensorach

HistoriaEdytuj

  • Fosfor pierwiastkowy odkrył w 1669 Hennig Brand.
  • W latach 60. XX w. dokonano syntezy czarnego fosforu[8].
  • W 2014 kilka zespołów naukowców uzyskało monoatomowe warstwy czarnego fosforu, powodując zainteresowanie świata nauki ich właściwościami[9]. Płatki fosforenu zostały wyizolowane za pomocą taśmy klejącej, techniką analogiczną jak zastosowana przez pionierów, którzy w ten sposób uzyskali grafen w 2004[10].

PrzypisyEdytuj

  1. Takeda, Kyozaburo, Shiraishi, Kenji. Theoretical possibility of stage corrugation in Si and Ge analogs of graphite. „Physical Review B”. 50 (20), s. 14916-14922, 1994. DOI: 10.1103/PhysRevB.50.14916. 
  2. a b Elemental phosphorus. W: A.D.F. Toy: The Chemistry of Phosphorus. Pergamon, 1973, s. 396–399, seria: Pergamon Texts in Inorganic Chemistry. ISBN 978-0-08-018780-8.
  3. a b Adam Bielański: Podstawy chemii nieorganicznej. Wyd. 5. Warszawa: PWN, 2002, s. 644. ISBN 83-01-13654-5.
  4. Xia, Fengnian, Wang, Han, Jia, Yichen. Rediscovering black phosphorus as an anisotropic layered material for optoelectronics and electronics. „Nat Commun”. 5, 2014. DOI: 10.1038/ncomms5458 (ang.). 
  5. M. Ezawa. Topological origin of quasi-flat edge band in phosphorene. „New Journal of Physics”, s. 115004, 2014. DOI: 10.1088/1367-2630/16/11/115004 (ang.). [dostęp 2017-05-09]. 
  6. T. Saito: Inorganic Chemistry. Kanagawa University, 2004, s. 65.
  7. Fosforen – następca grafenu? Nowy materiał elektroniczny pod lupą naszych naukowców. PG. [dostęp 2017-04-23].
  8. Douglas Warschauer. Electrical and Optical Properties of Crystalline Black Phosphorus. „Journal of Applied Physics”, s. 1853–1860, 1963. DOI: 10.1063/1.1729699. 
  9. Andres Castellanos-Gomez i inni. Isolation and characterization of few-layer black phosphorus. „2D Materials”, 09-2014. DOI: 10.1088/2053-1583/1/2/025001. [dostęp 2017-04-23]. 
  10. Fosforen, materiał, który ekscytuje naukowców. Materiały Inżynierskie. [dostęp 2017-04-23].

Linki zewnętrzneEdytuj