[发明专利]一种基于黑磷烯的半导体复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种基于黑磷烯的半导体复合材料及其制备方法与应用，其原料组分如下：黑磷烯‑聚苯胺复合物10～20份，成膜基底50～60份，填料0～15份，交联剂1～5份，有机溶剂200～250份。相对于现有技术，本发明以黑磷烯‑聚苯胺为半导体介质，其特殊的二维纳米结构，使得在不添加导电粉体情况下，在20℃的体积电阻率在6～11Ω·cm，应用前景广泛；且黑磷烯二维纳米结构与苯胺形成共轭结构，聚合后的聚苯胺与黑磷复合均匀，使得材料性能更加稳定。

技术领域

本发明涉及一种基于黑磷烯的半导体复合材料及其制备方法与应用，属于半导体复合材料领域。

技术背景

聚合物半导电材料具有广阔的应用前景，以电气领域为例，在电缆中聚合物半导电材料主要用于中高压电缆的绞线导体以及绝缘的屏蔽。除了结构型导电聚合物外，其他的导电聚合物都是通过往聚合物中添加导电填料来制备导电材料。其中，主要使用的填料是导电炭黑，往往需要添加大量的炭黑(质量分数30％-50％)，但是过高的炭黑含量会影响材料的机械性能。石墨烯是一种具有二维结构的碳质纳米新材料，石墨烯中，相邻碳原子以共价键结合，每个碳原子p轨道上的电子能够在大π键中自由移动，因此具有优异的导电性能，其电导率能高达106s/cm，以石墨烯作为填料可大大改善聚合物的导电性能。

但是，由于石墨烯的比表面积非常大，片层之间的范德华力使得其极容易团聚。因此，在聚合物中添加石墨烯，因石墨烯与聚合物间的界面作用差，往往极易发生团聚现象，使得石墨烯很难在聚合物中分散开来。通过对石墨烯化学改性能有效提高石墨烯在聚合物中的分散性，但是这样却破坏了石墨烯完整的共轭结构，导致石墨烯性能下降，从而影响了石墨烯的实际应用。

黑磷是一种类似于石墨的波形层状结构晶体，其原子层间通过范德华力结合，易于被剥离成单层或少层的纳米薄片。在单原子层中，每个磷原子与相邻的3个磷原子形成具有共价键的褶状蜂窝结构，黑磷烯是天然的p型半导体，价带电子跃迁至导带时，为竖直跃迁，电子波矢不变，因此其具有直接带隙，且无论剥到多少层皆是直接带隙，带隙可由层数在0.3eV～1.5eV范围调控,并且其具有明显的各向异性，在X方向上的弹性模量较小，且晶体电子的有效质量仅为0.1～0.2m₀，这决定了黑磷烯具有较高的电子迁移率，单层黑磷烯电子迁移率可达10000cm²/(V·s)。但是关于黑磷烯在半导体复合材料领域的应用较少。

发明内容

为克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的旨在提供一种基于黑磷烯的半导体复合材料。

本发明的另一目的在于提高所述的基于黑磷烯的半导体复合材料的制备方法。

本发明的再一目的在于提高所述的基于黑磷烯的半导体复合材料在照相器材、光学仪器、IC产品、半导体产品、光电产品领域的应用。

一种基于黑磷烯的半导体复合材料，按重量份计，其原料组分如下：黑磷烯-聚苯胺复合物10～20份，成膜基底50～60份，填料0～15份，交联剂1～5份，有机溶剂200～250份。

所述的成膜基底为乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯中的至少一种。

所述的填料为高岭土、膨润土、滑石粉、云母粉中的至少一种。

所述的交联剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、1,4-双叔丁基过氧异丙基苯、叔丁基过氧化碳酸脂、叔丁基异丙苯基过氧化物、过氧化异氯丙苯中的至少一种。

所述的有机溶剂为石油醚、甲苯、二甲苯、三甲苯、D40溶剂中的至少一种。D40溶剂油是以馏份油为原料，经过130kPa高压加氢精制后分馏而成，可在市面上购得。