Dispersion of Few-Layer Black Phosphorus in Binary Polymer Blend and Block Copolymer Matrices
Serena Coiai,
Elisa Passaglia,
Simone Pinna,
Stefano Legnaioli,
Silvia Borsacchi,
Franco Dinelli,
Anna Maria Ferretti,
Maria Caporali,
Manuel Serrano-Ruiz,
Maurizio Peruzzini,
Francesca Cicogna
Affiliations
Serena Coiai
CNR-ICCOM, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto di Chimica dei Composti OrganoMetallici, SS Pisa, Via Moruzzi 1, 56124 Pisa, Italy
Elisa Passaglia
CNR-ICCOM, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto di Chimica dei Composti OrganoMetallici, SS Pisa, Via Moruzzi 1, 56124 Pisa, Italy
Simone Pinna
CNR-ICCOM, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto di Chimica dei Composti OrganoMetallici, SS Pisa, Via Moruzzi 1, 56124 Pisa, Italy
Stefano Legnaioli
CNR-ICCOM, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto di Chimica dei Composti OrganoMetallici, SS Pisa, Via Moruzzi 1, 56124 Pisa, Italy
Silvia Borsacchi
CNR-ICCOM, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto di Chimica dei Composti OrganoMetallici, SS Pisa, Via Moruzzi 1, 56124 Pisa, Italy
Franco Dinelli
CNR-INO, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto Nazionale di Ottica, Via Moruzzi 1, 56124 Pisa, Italy
Anna Maria Ferretti
CNR-SCITEC, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto di Scienze e Tecnologie Chimiche, Via G. Fantoli 16/15, 20138 Milano, Italy
Maria Caporali
CNR-ICCOM, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto di Chimica dei Composti OrganoMetallici, Via Madonna del Piano 10, 50019 Sesto Fiorentino (FI), Italy
Manuel Serrano-Ruiz
CNR-ICCOM, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto di Chimica dei Composti OrganoMetallici, Via Madonna del Piano 10, 50019 Sesto Fiorentino (FI), Italy
Maurizio Peruzzini
CNR-ICCOM, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto di Chimica dei Composti OrganoMetallici, Via Madonna del Piano 10, 50019 Sesto Fiorentino (FI), Italy
Francesca Cicogna
CNR-ICCOM, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto di Chimica dei Composti OrganoMetallici, SS Pisa, Via Moruzzi 1, 56124 Pisa, Italy
Exfoliated black phosphorus (bP) embedded into a polymer is preserved from oxidation, is stable to air, light, and humidity, and can be further processed into devices without degrading its properties. Most of the examples of exfoliated bP/polymer composites involve a single polymer matrix. Herein, we report the preparation of biphasic polystyrene/poly(methyl methacrylate) (50/50 wt.%) composites containing few-layer black phosphorus (fl-bP) (0.6–1 wt.%) produced by sonicated-assisted liquid-phase exfoliation. Micro-Raman spectroscopy confirmed the integrity of fl-bP, while scanning electron microscopy evidenced the influence of fl-bP into the coalescence of polymeric phases. Furthermore, the topography of thin films analyzed by atomic force microscopy confirmed the effect of fl-bP into the PS dewetting, and the selective PS etching of thin films revealed the presence of fl-bP flakes. Finally, a block copolymer/fl-bP composite (1.2 wt.%) was prepared via in situ reversible addition–fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization by sonication-assisted exfoliation of bP into styrene. For this sample, 31P solid-state NMR and Raman spectroscopy confirmed an excellent preservation of bP structure.