縱觀所有二維材料，雖然每種材料都能找出各自的應(yīng)用場(chǎng)景，但是毫無(wú)疑問的是，黑磷是所有新型二維材料中，最有潛力的一個(gè)，為什么這么說(shuō)呢?導(dǎo)體和絕緣體都是常見的物質(zhì)，然而改變世界的卻是半導(dǎo)體，黑磷在半導(dǎo)體上的潛力遠(yuǎn)超乎人們的想象。

要說(shuō)黑磷這種材料是什么，還要從化學(xué)史上開始追溯，第一個(gè)發(fā)現(xiàn)磷元素的人是一個(gè)德國(guó)漢堡名叫波蘭特的商人，他是一個(gè)相信煉金術(shù)的人，由于他曾聽說(shuō)在尿里可以制得「金屬之王」黃金，于是抱著發(fā)財(cái)?shù)哪康�，用尿做了大量的�?shí)驗(yàn)。1669 年，他在一次試驗(yàn)中，意外的得到了一種十分美麗的物質(zhì)，它白色質(zhì)軟，能在黑暗中放出閃爍的亮光。這就是現(xiàn)在稱為白磷的物質(zhì)。

在科學(xué)家認(rèn)識(shí)到磷這種元素之后，就陸陸續(xù)續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些磷的同素異形體，這些同素異形體都由顏色命名，像紅磷、黑磷、紫磷。他們都是由磷元素組成的，但是都有各自的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。

在石墨烯發(fā)現(xiàn)之后，在研究人員觀察到黑磷是由層狀堆積的時(shí)候，他們就很自然的聯(lián)想到了石墨與石墨烯，并嘗試將單層黑磷剝離出來(lái)。研究者最開始采用的和石墨烯類似的機(jī)械剝離的辦法，成功的得到了單層的黑磷。

塊狀的黑磷因其導(dǎo)電能力被稱為「金屬磷」。單層的黑磷被分離出來(lái)后，研究人員發(fā)現(xiàn)黑磷具有比石墨烯有更強(qiáng)的潛力，原因就在于黑磷中有能隙存在。

能隙在固態(tài)物理學(xué)中泛指半導(dǎo)體或者是絕緣體的價(jià)帶頂端傳遞至的傳導(dǎo)帶低端的能量差距，這么說(shuō)的話，大家可能不懂。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)的話，能隙就相當(dāng)一個(gè)開光，開關(guān)打開，黑磷就是導(dǎo)體;開關(guān)關(guān)閉，黑磷就是絕緣體。那這個(gè)開關(guān)是由什么來(lái)控制的呢?能量。

能隙的存在，讓黑磷成為了一種半導(dǎo)體材料。復(fù)旦大學(xué)的張遠(yuǎn)波課題組曾利用黑磷制備出了場(chǎng)效應(yīng)晶體管，他們指出這個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管有望替代傳統(tǒng)的硅，成為電子線路的基本材料。

黑磷的能隙還可以通過(guò)黑磷層數(shù)進(jìn)行微調(diào)，凱斯西儲(chǔ)大學(xué)電氣工程學(xué)院的助理教授馮·菲利普(Philip Feng)解釋道，其能隙電壓可以控制在 0.3-2.0 電子伏特范圍內(nèi)。這個(gè)范圍幾乎涵蓋了目前發(fā)現(xiàn)所有二維材料的能隙電壓，使得黑磷可以成為不同二維材料能隙的鏈接橋梁。

能隙除了具備以上功用，還能對(duì)材料的光電特性產(chǎn)生影響�？茖W(xué)家也對(duì)黑磷的光電能力做了研究，其能隙范圍意味著它可以吸收 0.6 到 4.0 微米波長(zhǎng)的電磁波，也就是從可見光到紅外區(qū)間的光線都可以吸收。這個(gè)吸收光譜是黑磷在光相關(guān)的傳感器中應(yīng)用的關(guān)鍵�？茖W(xué)家制作了一個(gè)基于黑磷的光線探測(cè)器，這個(gè)光線探測(cè)器每秒能夠轉(zhuǎn)換 30 億比特的光信號(hào)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果十分驚人。

黑磷在光電方面也取得了其他進(jìn)展，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院研究員喻學(xué)鋒課題組與深圳大學(xué)教授張晗課題組合作，在黑磷量子點(diǎn)的制備及超快光子學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域獲得了些研究成果。該課題組開發(fā)出了能夠大規(guī)模制備黑磷量子點(diǎn)的方法，有望拓展了黑磷在光點(diǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用。

黑磷這種材料還具有各向異性。各向異性很容易理解，即材料在不同方向的性能是有差異的。這個(gè)特點(diǎn)最常見的應(yīng)用就是液晶-就是大家熟知的液晶顯示器中的材料。在二維材料的大家族中，各向異性是非常罕見的特點(diǎn)，更加彰顯了黑磷的與眾不同。最近研究者發(fā)現(xiàn)了黑磷的各向異性對(duì)機(jī)械振動(dòng)性能的影響，利用這個(gè)特點(diǎn)可以設(shè)計(jì)出新式的電子元件和信號(hào)處理設(shè)備。

集上述特點(diǎn)于一身，黑磷理所當(dāng)然地成為了研究者的新焦點(diǎn)，在幾年的時(shí)間蓬勃發(fā)展。