This study provides the facile method to fabricate the BP through mechanochemical ball mill process and phosphorene via liquid-phase exfoliation with ultra-sound. The ball mill procedure was utilized for phase transition from RP to BP as a function of milling duration at ambient condition, and ultra-sonication was employed to exfoliate as-synthesized BP in solvent by controlling exfoliation time. These method revealed the simple, massive and environmentally stable productions. In addition, as-synthesized BP and phosphorene applied the ER performance as the ER fluid on the improved shear stress and viscosity. 24 h-milled BP exhibited the outstanding shear stress (2.82 Pa) than other samples since 24 h-milled BP possessed the highest the degree of phase transition and electrical conductivity (1.04×10–4 S cm–1).
Phosphorene exhibited the higher shear stress than BP (5.8 Pa). Exfoliation procedure increased the degree of phase transition from RP to BP and the electrical conductivity to 10-3 S cm–1. Furthermore, exfoliation process induced the morphology changes, which led to 0an increase in electrical conductivity. This suggests that BP and phosphorene can offer the advanced methodology for the state-of-the-art ER activity and enhance its ER performance by controlling the degree of phase transition, morphology, and electrical conductivity.
References
[1] T. C. Halsey, Science 1992, 258, 761-766.
[2] C.-M. Yoon, K. Lee, J. Noh, S. Lee, J. Jang, J. Mater. Chem. C 2016, 4, 1713-1719.
[3] Y. Li, Y. Guan, Y. Liu, J. Yin, X. Zhao, Nanotechnology 2016, 27, 195702.
[4] J. Noh, C. M. Yoon, J. Jang, J Colloid Interface Sci 2016, 470, 237-244.
[5] C. M. Yoon, Y. Jang, J. Noh, J. Kim, K. Lee, J. Jang, ACS Appl Mater Interfaces 2017, 9, 36358-36367.
[6] J. Y. Hong, M. Choi, C. Kim, J. Jang, J Colloid Interface Sci 2010, 347, 177-182.
[7] S. Lee, C.-M. Yoon, J.-Y. Hong, J. Jang, J. Mater. Chem. C 2014, 2.
[8] S. Kim, C. Kim, J.-Y. Hong, S. H. Hwang, J. Jang, RSC Advances 2014, 4.
[9] Y. P. Seo, Y. Seo, Langmuir 2012, 28, 3077-3084.
[10] J. L. Seungae Lee, Sun Hye Hwang, Juyoung Yun, and Jyongsik Jang, ACS Nano 2015, 9, 4939-4949.
[11] P. Chen, Q. Cheng, L.-M. Wang, Y. D. Liu, H. J. Choi, J. Ind. Eng. Chem.
2019, 69, 106-115.
[12] J. Yin, Y. Shui, R. Chang, X. Zhao, Carbon 2012, 50, 5247-5255.
[13] W. L. Zhang, H. J. Choi, Langmuir 2012, 28, 7055-7062.
[14] W. L. Zhang, Y. D. Liu, H. J. Choi, J. Mater. Chem. 2011, 21.
[15] E. C. McIntyre, H. Yang, P. F. Green, ACS Appl Mater Interfaces 2012, 4, 2148-2153.
[16] H. J. C. a. M. S. Jhon, Soft Matter 2009, 5, 1562-1567.
[17] T. Plachy, M. Mrlik, Z. Kozakova, P. Suly, M. Sedlacik, V. Pavlinek, I.
Kuritka, ACS Appl Mater Interfaces 2015, 7, 3725-3731.
[18] Y. Dong, Y. Liu, J. Yin, X. Zhao, J. Mater. Chem. C 2014, 2, 10386-10394.
[19] J. B. Y. a. X. P. Zhao, Chem. Mater. 2004, 16, 321-328.
[20] A. Lengálová, V. r. Pavlı�nek, P. Sáha, J. Stejskal, T. Kitano, O. Quadrat, Physica A Stat. Mech. Appl. 2003, 321, 411-424.
[21] M. Stěnička, V. Pavlínek, P. Sáha, N. V. Blinova, J. Stejskal, O. Quadrat,
Colloid Polym. Sci. 2008, 286, 1403-1409.
[22] S. Lee, J. Y. Hong, J. Jang, J Colloid Interface Sci 2013, 398, 33-38.
[23] K. Y. Shin, S. Lee, S. Hong, J. Jang, ACS Appl Mater Interfaces 2014, 6, 5531-5537.
[24] D. J. K. S. Novoselov, F. Schedin, T. J. Booth, V. V. Khotkevich, S. V.
Morozov, and A. K. Geim, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 10451-10453.
[25] A. A. G. a. M. C. Hersam, Nano Lett. 2009, 9, 4031-4036.
[26] A. P. Nayak, S. Bhattacharyya, J. Zhu, J. Liu, X. Wu, T. Pandey, C. Jin, A.
K. Singh, D. Akinwande, J. F. Lin, Nat Commun 2014, 5, 3731.
[27] K. F. Mak, C. Lee, J. Hone, J. Shan, T. F. Heinz, Phys Rev Lett 2010, 105, 136805.
[28] V. K. S. Deep Jariwala, Lincoln J. Lauhon, Tobin J. Marks, and Mark C.
Hersam, ACS Nano 2014, 8, 1102-1120.
[29] J. Kang, J. W. Seo, D. Alducin, A. Ponce, M. J. Yacaman, M. C. Hersam, Nat Commun 2014, 5, 5478.
[30] V. K. S. In Soo Kim, Deep Jariwala, Joshua D. Wood, Spencer Park, Kan- Sheng Chen, Fengyuan Shi, Francisco Ruiz-Zepeda, , Arturo Ponce, V.
P. D. Miguel Jose-Yacaman, Tobin J. Marks, Mark C. Hersam, and Lincoln J. Lauhon, ACS Nano 2014, 8, 10551-10558.
[31] D. Hanlon, C. Backes, E. Doherty, C. S. Cucinotta, N. C. Berner, C. Boland, K. Lee, A. Harvey, P. Lynch, Z. Gholamvand, S. Zhang, K. Wang, G.
Moynihan, A. Pokle, Q. M. Ramasse, N. McEvoy, W. J. Blau, J. Wang, G.
Abellan, F. Hauke, A. Hirsch, S. Sanvito, D. D. O'Regan, G. S. Duesberg, V. Nicolosi, J. N. Coleman, Nat Commun 2015, 6, 8563.
[32] E. A. Lewis, J. R. Brent, B. Derby, S. J. Haigh, D. J. Lewis, Chem Commun (Camb) 2017, 53, 1445-1458.
[33] P. D. Matthews, W. Hirunpinyopas, E. A. Lewis, J. R. Brent, P. D.
McNaughter, N. Zeng, A. G. Thomas, P. O'Brien, B. Derby, M. A. Bissett, S. J. Haigh, R. A. W. Dryfe, D. J. Lewis, Chem Commun (Camb) 2018, 54, 3831-3834.
[34] S. Lin, Y. Chui, Y. Li, S. P. Lau, FlatChem 2017, 2, 15-37.
[35] L. Li, Y. Yu, G. J. Ye, Q. Ge, X. Ou, H. Wu, D. Feng, X. H. Chen, Y. Zhang, Nat Nanotechnol 2014, 9, 372-377.
[36] S. H. Aldave, M. N. Yogeesh, W. Zhu, J. Kim, S. S. Sonde, A. P. Nayak, D. Akinwande, 2D Materials 2016, 3.
[37] S. Cui, H. Pu, S. A. Wells, Z. Wen, S. Mao, J. Chang, M. C. Hersam, J.
Chen, Nat Commun 2015, 6, 8632.
[38] N. M. Latiff, W. Z. Teo, Z. Sofer, A. C. Fisher, M. Pumera, Chemistry 2015, 21, 13991-13995.
[39] M. Buscema, D. J. Groenendijk, S. I. Blanter, G. A. Steele, H. S. van der Zant, A. Castellanos-Gomez, Nano Lett 2014, 14, 3347-3352.
[40] V. Kumar, J. R. Brent, M. Shorie, H. Kaur, G. Chadha, A. G. Thomas, E.
A. Lewis, A. P. Rooney, L. Nguyen, X. L. Zhong, M. G. Burke, S. J. Haigh, A. Walton, P. D. McNaughter, A. A. Tedstone, N. Savjani, C. A. Muryn, P. O'Brien, A. K. Ganguli, D. J. Lewis, P. Sabherwal, ACS Appl Mater Interfaces 2016, 8, 22860-22868.
[41] W. Li, Y. Yang, G. Zhang, Y. W. Zhang, Nano Lett 2015, 15, 1691-1697.
[42] J. Sun, H. W. Lee, M. Pasta, H. Yuan, G. Zheng, Y. Sun, Y. Li, Y. Cui, Nat Nanotechnol 2015, 10, 980-985.
[43] P. W. Bridgman, J. Am. Chem. Soc. 1914, 36, I344-I363.
[44] G. Tiouitchi, M. A. Ali, A. Benyoussef, M. Hamedoun, A. Lachgar, M.
Benaissa, A. Kara, A. Ennaoui, A. Mahmoud, F. Boschini, H. Oughaddou, A. El Kenz, O. Mounkachi, Mater. Lett. 2019, 236, 56-59.
[45] P. S. Stefan Lange, and Tom Nilges, Inorg. Chem. 2007, 46, 4028-4035.
[46] J. D. W. Joohoon Kang, Spencer A. Wells, Jae-Hyeok Lee, Xiaolong Liu, Kan-Sheng Chen, and, M. C. Hersam, ACS Nano 2015, 9, 3596-3604.
[47] K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, M. I. Katsnelson, I.
V. Grigorieva, S. V. Dubonos, A. A. Firsov, Nature 2005, 438, 197-200.
[48] H. Zhang, ACS Nano 2015, 9, 9451-9469.
[49] H. L. Zongyou Yin, Hong Li, Lin Jiang, Yumeng Shi, Yinghui Sun, Gang Lu, Qing Zhang, Xiaodong Chen, and Hua Zhang, ACS Nano 2012, 6,
74-80.
[50] Y. Zhao, X. Luo, H. Li, J. Zhang, P. T. Araujo, C. K. Gan, J. Wu, H. Zhang, S. Y. Quek, M. S. Dresselhaus, Q. Xiong, Nano Lett 2013, 13, 1007- 1015.
[51] R. V. Gorbachev, I. Riaz, R. R. Nair, R. Jalil, L. Britnell, B. D. Belle, E. W.
Hill, K. S. Novoselov, K. Watanabe, T. Taniguchi, A. K. Geim, P. Blake, Small 2011, 7, 465-468.
[52] J. R. Brent, N. Savjani, E. A. Lewis, S. J. Haigh, D. J. Lewis, P. O'Brien, Chem Commun (Camb) 2014, 50, 13338-13341.
[53] M. C. Valeria Nicolosi, Mercouri G. Kanatzidis, Michael S. Strano,, J. N.
Coleman, Science 2011, 340, 1226419.
[54] J. N. Coleman, M. Lotya, A. O'Neill, S. D. Bergin, P. J. King, U. Khan, K.
Young, A. Gaucher, S. De, R. J. Smith, I. V. Shvets, S. K. Arora, G. Stanton, H. Y. Kim, K. Lee, G. T. Kim, G. S. Duesberg, T. Hallam, J. J. Boland, J. J.
Wang, J. F. Donegan, J. C. Grunlan, G. Moriarty, A. Shmeliov, R. J.
Nicholls, J. M. Perkins, E. M. Grieveson, K. Theuwissen, D. W. McComb, P. D. Nellist, V. Nicolosi, Science 2011, 331, 568-571.
[55] Y. Hernandez, V. Nicolosi, M. Lotya, F. M. Blighe, Z. Sun, S. De, I. T.
McGovern, B. Holland, M. Byrne, Y. K. Gun'Ko, J. J. Boland, P. Niraj, G.
Duesberg, S. Krishnamurthy, R. Goodhue, J. Hutchison, V. Scardaci, A.
C. Ferrari, J. N. Coleman, Nat Nanotechnol 2008, 3, 563-568.
[56] J. Y. Xu, L. F. Gao, C. X. Hu, Z. Y. Zhu, M. Zhao, Q. Wang, H. L. Zhang, Chem Commun (Camb) 2016, 52, 8107-8110.
[57] P. Yasaei, B. Kumar, T. Foroozan, C. Wang, M. Asadi, D. Tuschel, J. E.
Indacochea, R. F. Klie, A. Salehi-Khojin, Adv Mater 2015, 27, 1887-1892.
[58] Y. Huang, J. Qiao, K. He, S. Bliznakov, E. Sutter, X. Chen, D. Luo, F. Meng, D. Su, J. Decker, W. Ji, R. S. Ruoff, P. Sutter, Chemistry of Materials 2016, 28, 8330-8339.
[59] D. T. Phan, I. Park, A. R. Park, C. M. Park, K. J. Jeon, Sci Rep 2017, 7, 10561.
[60] M. Bodaghi, A. R. Mirhabibi, H. Zolfonun, M. Tahriri, M. Karimi, Phase
Transitions 2008, 81, 571-580.
[61] S. R. Chauruka, A. Hassanpour, R. Brydson, K. J. Roberts, M. Ghadiri, H.
Stitt, Chemical Engineering Science 2015, 134, 774-783.
[62] M. S. E.-E. a. K. Aoki, J. Less-Common Met. 1991, 169, 235-244.
[63] D. Becker, R. Haberkorn, G. Kickelbick, Inorganics 2018, 6.
[64] K. S. SUSLICK, Science 1990, 247, 1439-1445.
[65] Y. Xu, Z. Shi, X. Shi, K. Zhang, H. Zhang, Nanoscale 2019, 11, 14491- 14527.
[66] M. L. Graeme Cunningham, Clotilde S. Cucinotta, Stefano Sanvito, Shane D. Bergin, Robert Menzel, Milo S. P. Shaffer, and Jonathan N.
Coleman, ACS Nano 2012, 6, 3468-3480.
[67] S. D. Bergin, V. Nicolosi, P. V. Streich, S. Giordani, Z. Sun, A. H. Windle, P. Ryan, N. P. P. Niraj, Z.-T. T. Wang, L. Carpenter, W. J. Blau, J. J. Boland, J. P. Hamilton, J. N. Coleman, Advanced Materials 2008, 20, 1876-1881.
[68] X. Cai, Y. Luo, B. Liu, H. M. Cheng, Chem Soc Rev 2018, 47, 6224-6266.
[69] C. Xu, S. De, A. M. Balu, M. Ojeda, R. Luque, Chem Commun (Camb) 2015, 51, 6698-6713.
[70] A. Castellanos-Gomez, L. Vicarelli, E. Prada, J. O. Island, K. L.
Narasimha-Acharya, S. I. Blanter, D. J. Groenendijk, M. Buscema, G. A.
Steele, J. V. Alvarez, H. W. Zandbergen, J. J. Palacios, H. S. J. van der Zant, 2D Materials 2014, 1.
[71] H. Wang, S. Jiang, W. Shao, X. Zhang, S. Chen, X. Sun, Q. Zhang, Y.
Luo, Y. Xie, J Am Chem Soc 2018, 140, 3474-3480.
[72] H. Wang, X. Yang, W. Shao, S. Chen, J. Xie, X. Zhang, J. Wang, Y. Xie, J Am Chem Soc 2015, 137, 11376-11382.
[73] Y. Wang, L. Tian, Z. Yao, F. Li, S. Li, S. Ye, Electrochimica Acta 2015, 163, 71-76.
[74] W. Li, Z. Yang, Y. Jiang, Z. Yu, L. Gu, Y. Yu, Carbon 2014, 78, 455-462.
[75] S. Wu, K. S. Hui, K. N. Hui, Adv Sci (Weinh) 2018, 5, 1700491.
[76] E. N. Rissi, E. Soignard, K. A. McKiernan, C. J. Benmore, J. L. Yarger, Solid State Communications 2012, 152, 390-394.
[77] H. B. Ribeiro, M. A. Pimenta, C. J. S. de Matos, Journal of Raman Spectroscopy 2018, 49, 76-90.
[78] S. Lin, Y. Li, W. Lu, Y. S. Chui, L. Rogée, Q. Bao, S. P. Lau, 2D Materials 2017, 4.
[79] A. S. Pawbake, M. B. Erande, S. R. Jadkar, D. J. Late, RSC Advances 2016, 6, 76551-76555.
[80] Y. Wang, X. Yang, C. Zhao, Y. Li, H. Mi, P. Zhang, Chem Commun (Camb) 2019, 55, 4659-4662.
[81] A. Subasinghe, R. Das, D. Bhattacharyya, International Journal of Smart and Nano Materials 2016, 7, 202-220.
[82] Y. Y. Illarionov, M. Waltl, G. Rzepa, T. Knobloch, J. S. Kim, D. Akinwande, T. Grasser, npj 2D Materials and Applications 2017, 1.
[83] R. E. Rojas-Hernandez, F. Rubio-Marcos, E. Enríquez, M. A. De La Rubia, J. F. Fernandez, RSC Advances 2015, 5, 42559-42567.
[84] Z. Y. Liu, S. J. Xu, B. L. Xiao, P. Xue, W. G. Wang, Z. Y. Ma, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 2012, 43, 2161-2168.
[85] W. W. Yabing Qi, J. Phys. D: Appl. Phys. 2002, 35, 2231-2235.
[86] K. He, Q. Wen, C. Wang, B. Wang, S. Yu, C. Hao, K. Chen, Soft Matter 2017, 13, 7677-7688.
[87] S. Kumar, P. Thareja, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 2016, 511, 339-350.
[88] J. Wang, G. Chen, J. Yin, C. Luo, X. Zhao, Smart Materials and Structures 2017, 26.
[89] Y. M. h. K. P. S. Parmar, Børge Schjelderupsen, J. O. Fossum, Langmuir 2008, 24, 1814-1822.
[90] D. Kittipoomwong, D. J. Klingenberg, Y. M. Shkel, J. F. Morris, J. C. Ulicny, Journal of Rheology 2008, 52, 225-241.
[91] C. McIntyre, H. Yang, P. F. Green, ACS Appl Mater Interfaces 2013, 5, 8925-8931.
[92] M. S. Cho, H. J. Choi, M. S. Jhon, Polymer 2005, 46, 11484-11488.
국문초록
지능형 소재는 빛, pH, 전기, 자기장, 온도, 기계적 응력과 같은 외부 자극에 의해 반응하여 구조와 특성을 변화시키는 물질로써 다양한 분야에서 많은 관심을 받아왔다. 지능형 소재 중, 전기장에 의해 반응하는 지능형 소재는 빠른 응답속도, 간단한 유체 역학, 가역적 거동 그리고 낮은 작동 전력으로 인해 응용 가능성이 높은 소재이다. 그러므로, 이를 실제로 응용하기 위해서는 가격이 저렴 하면서 적은 양으로도 전기 유변학적 거동을 보이는 물질이 필수 적이다. 따라서, 이 논문에서는 상대적으로 유전율이 높은 흑린 (BP)과 흑린을 박리하여 형성된 포스포린 (phosphorene) 나노 시트를 제조하여 이를 전기 유변학적 유체에 적용하였다.
상온·상압 조건에서 적린 (RP)에 볼밀 공정을 이용하여 흑린을 제조하였고, 초음파를 이용한 액체 상 박리를 통해 흑린의 2차원 물질인 포스포린을 제조하였다. 제조된 흑린과 포스포린 나노 시트 는 전기 유변학적 유체에 적용되었으며, 볼밀 시간과 박리 시간 조 절을 통해 상전이 정도, 형태학적 및 전기전도도 변화를 유도하여 전기유변학적 성능을 향상시켰다. 특히 적린을 24 시간 밀링을 진 행하였을 때, 적린에서 흑린으로 상전이가 가장 많이 유도되어 가 장 높은 전단 응력을 보였다. 또한, 24 시간 밀링하여 제조한 흑린