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经济高效的制造方法将新的生命呼吸到黑色磷研究中 

黑色磷,这是一堆多层原子薄磷烯,承诺是硅光子硅世界的游戏变频器。特别地,黑色磷的功能在红外光领域很重要,其包括诸如Datacom,电信,光检测和测距(LIDAR)和感测的应用。然而,黑色磷的商业化面临重大挑战 - 其生产成本可以接近金黄金价格的10倍。

为了解决这一挑战,助理教授Brian Jaques的先进材料实验室和副教授David Estrada的先进纳米材料和制造实验室与Chad Husko,创始人兼首席执行官合作,虹膜轻型技术的创始人和首席执行官研究了机械化学合成的黑色磷。

通过他们的合作,该团队透露,最近公布的研究表明,使用高能量球铣削,将商品红磷的可行性证明了经济转换为光电级黑色磷的可行性。团队的文章,标题为 “高批量合成的红色对黑色磷的力学转化动力学和缩放参数” 在OCT上发表于自然合作伙伴期刊2D材料和应用。 13,2020。

portrait of David Estrada

在研究中,该团队强调了使用元素红磷的用途,该农产品作为副产品在磷酸盐肥料制造商中产生的农产品。美国。每年单独生产几千吨红磷,以获得此类应用。相反,黑色磷仅由精品供应商以克批量生产 - 使用化学蒸气运输路线生产的黑色磷的单晶均可达到每克1,000美元;相比之下,红磷费用每克约50美分。

使用球磨转换途径,研究人员希望降低黑磷酸盐的成本,因为球磨机合成不包括昂贵且高度毒性化学品,例如在蒸汽运输方法中使用的锡碘化物。理想情况下,黑色磷将廉价为每克1美元。

“球铣削转换是使用通过使用球磨机的铣削元件的连续冲击提供的能量来将材料转化为另一种材料的过程,”Jaques解释说。

“理解和预测功能2D材料的合成,行为和能力是任何技术进步的乐气。因此,通过降低功能材料的成本并将其部署与先进的制造方法相结合,它们对消费者和研究人员更加适用,这导致进一步的改进和进步。这项研究的结果深刻,可能会在不久的将来扰乱通信市场!“ Jaques说。

符合虹膜光技术公司的伙伴关系。一家初创公司,一个专注于综合硅光子的硅光子,该团队进一步分离出该转化的黑色磷的少层,并证明了跨越近红外光谱的光致发光排放。

“缩放技术是一个很大的挑战,更多的是,当材料的成本昂贵时。 Helko说,这种突破已经降低了我们的研发成本,并将加速我们的途径上市。“

为高速数据传输启用硅红外光子,可以允许新的摩尔对光电器件缩放的定律,这意味着“行业在年复一年之后以复合的方式增长,允许我们完成通信速度和带宽”我们只能梦想着现在,它会变得越来越多,“Jaques说。

随着云计算的增加,无处不在的东西采用,以及对更高的数据吞吐量的需求,需要硅光子,以跟上巨大的带宽需求。廉价的黑色磷光源将通过利用原子薄的黑色磷来实现新的光电器件。

目前,本集团正在努力在化学剪裁黑色磷,以在硅上生产电气泵送激光器,结合添加剂制造技术,将黑磷直接与硅芯片相结合。

“二维材料在添加剂电子制造领域获得了很多牵引力”,“埃斯特拉达说。 “它们独特的物理性质使它们适用于各种印刷和柔性的电子产品。能够为喷墨,气溶胶喷射和其他印刷方法廉价地合成黑色磷油墨,将开辟印刷光电子的新设计空间,并允许更多的研究人员轻松进入该领域。“

低成本黑色磷的可用性用于研究硅光子,已经从国家实验室和行业领导者获得了关注。爱达荷全球企业家特派团(IGEM)授予博士国授予基金研究生研究,发展知识产权,推动发展努力。此外,Iris Light Technologies,Inc。博伊西国家共同授予了2阶段STTR合同,以支持商业原型发展。