二维材料作为下一个时代的代表性材料，对人类的生产生活至关重要。探索新型二维层状材料，可极大拓展二维材料的物性和应用，具有重要的科学意义和应用价值。晶体纤维红磷（CFRP）是黑磷（BP）的同素异形体，是一种具有高各向异性和催化活性的二维层状半导体，是光电子领域最有前途的候选材料之一。然而，到目前为止，晶体纤维红磷的微纳结构的可控规模化生长缺乏有效的解决方案，极大的阻碍了进一步的研究和实际应用。这里，我们通过低压气相输运法实现了 CFRP微纳结构自上而下和自下而上的可控制备。再者，研究了基于CFRP材料从三维到低维过程中的敏感元件对环境氛围（气体、湿度、光）的传感特性。我们的研究结果揭示了 CFRP在敏感元件方面的应用潜力和表界面科学相关问题。本论文主要研究工作如下: （1）利用低压矿化辅助-化学气相输运法（CVT）制备了 CFRP。探究了单元素Sn、Te、I、Pb和Bi以及双元素矿化剂辅助无定型红磷（ARP）的结构转变。结果表明:元素Sn可以促使ARP结构向红磷Ⅱ型结构转变，元素Te、I、Te&Pb和Te&Bi引导CFRP的产生。在元素Pb、Bi、Te&Sn、I&Sn、Pb&Sn、Bi&Sn、Te&I 和 Pb&Bi 的矿化作用下ARP结构转变为红磷V型，另外温度的调控会致使在Pb和Bi的辅助下ARP朝向聚合状[P12（4）]P2[的结构发展。在元素Sn&I、Pb&I和Bi&I分别的辅助下BP结构得以从ARP结构转变。这项工作证明了Ilya等人在元素辅助晶体磷合成方面做出的计算推测，实现了晶体磷规模化制备。 （2）利用CFRP作为敏感元件制备了电阻式气体传感器。结果表明:CFRP在干燥环境下对NH3具有较高的响应度和优异的可重复性，在C3H6O，NO2,C8H10,C7H8,CH2O,C2H5O 和 NH3 等多种气体中对 NH3具有优异的选择性和较快的响应/恢复（11s/1.4s）速度。根据气体浓度灵敏度，估计CFRP气体传感器可以达到ppb的NH3检测限，低于环境空气质量标准允许的NH3浓度（室内:0.26ppm;车间:39.53 ppm）,以防止任何健康危害。此外，对CFRP进行了密度泛函理论计算，探讨了CFRP对NH3优异的气敏性能的潜在机理。根据吸附能，差分电荷密度和bader分析揭示了NH3在CFRP上具有良好的物理吸附能力。再者，原位气体拉曼及傅里叶变换红外光谱表征结果也说明了这一点。 (3)利用晶体纤维红磷在环境气氛下的不稳定性，制备了湿度传感器。在18.8％到82％湿度范围内，CFRP湿度传感器的响应度(Ig/Ia)高达2600,具备快速的响应/恢复时间1.57s/0.13 s和良好的可重复性。这些优异的性能源于CFRP独特的性质。为此，根据CFRP优异的湿度传感特性制备了用于人们健康检测的湿度传感器。以适宜人体健康的湿度环境下限45％和微生物繁殖滋生最快的上限38％为检测线，传感器的响应度为17.78,响应时间/恢复时间为11.76 s/0.75 s。 (4)采用液相剥离结合球磨的方法将晶体纤维红磷和氧化物(GO,ZrO2,TiO2)复合，成功的制备了以CFRP为载体的CFRP/氧化物复合材料，将其应用于湿度传感器的敏感元件。结果发现，CFRP@GO和CFRP@ZrO2传感器相对于CFRP在测试区间的响应均有明显的增强作用，CFRP@TiO2在响应度方面几乎保持一致。然而，CFRP@TiO2提高了传感器的响应/恢复时间，这是由于CFRP和TiO2的复合加速了材料表面和分子间的吸附/脱附速率。相应的，CFRP@GO传感器不仅提升了响应恢复/时间，而且在检测下限的响应度比CFRP提高了约1.5倍。结合传感器的长期稳定性测试，CFRP@GO和CFRP@ZrO2传感器的寿命得到些许改善，CFRP@TiO2却加剧了传感器性能的衰减。相比之下，CFRP@GO传感器不仅提高了响应度，而且加快了响应/恢复时间，具有良好的重复性。 (5)通过自吸附法制备了晶体纤维红磷和金属纳米颗粒(Cu,Pt,Ag)的异质结面，使其兼顾敏感元件的高活性和稳定性。进一步测试了CFRP/Ag、CFRP/Pt及CFRP/Cu纳米颗粒复合材料作为人体健康检测的湿度传感器长期稳定性和应用潜力。结果发现，CFRP@Cu和CFRP@Pt传感器在测试区间的敏感性几乎与CFRP传感器性能保持一致，然而，CFRP@Ag传感器显示出明显的性能衰减现象。在传感器响应速率方面，CFRP@Ag和CFRP@Pt传感器的响应/恢复时间与CFRP性能相近，CFRP@Cu传感器的响应速率提升了一倍左右。并且，CFRP@Cu湿度传感器在人体健康检测下限的长期稳定性达到97.08％,极大的提高了 CFRP基传感器的使用寿命。 (6)通过低压气相传输方法(LP-CVT)以控制从ARP到 CFRP结构的定向转变，实现了厘米尺度的晶体纤维红磷微柱阵列(CFRP-MP)自下而上的制备。研究了大面积CFRP-MP阵列的晶相、能带和新奇的物性。借助球差电子显微镜表征，探究了从ARP到CFRP晶体结构的定向转变的结晶动力学。继大面积CFRP-MP阵列制备成功后，进一步制备了CFRP/Ag肖特基结的自供电光电探测器，并发现了 CFRP-MPs的光致热释电效应。在405 nm激光照射下最大光响应为151.03 mA/W,检测率为3.50×109Jone。
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