二維六方氮化硼2Dh-BN生產(chǎn)方法

天元航材化工原料廠家的小編今天給大家介紹下關(guān)于二維六方氮化硼2Dh-BN生產(chǎn)方法的相關(guān)介紹，二維六方氮化硼（2DH-BN）是一種結(jié)構(gòu)與石墨烯相似的材料，具有潛在的應(yīng)用，例如光子學(xué)，燃料電池和二維異質(zhì)結(jié)構(gòu)襯底。2DH-BN與石墨烯同構(gòu)，但石墨烯導(dǎo)電，而2DH-BN是寬帶隙絕緣體。
2DH-BN薄膜的特性在很大程度上取決于薄膜的質(zhì)量。高質(zhì)量2DH-BN的大面積合成一直是一個(gè)挑戰(zhàn)。特別地，多晶H-BN的小晶粒尺寸導(dǎo)致許多晶界，這導(dǎo)致電荷陷阱和更高的表面粗糙度。

二維H-BN的生產(chǎn)可分為自上而下和自下而上。在自下而上的方法中，薄膜生長(zhǎng)或沉積在表面上。在自上而下的方法中，大型結(jié)構(gòu)會(huì)減少，直到達(dá)到所需的狀態(tài)或結(jié)構(gòu)為止。

一、自上而下的方法
自頂向下方法背后的總體思路是，采用大量的H-BN塊，然后打破六邊形層之間的范德華力，并分離所得的二維H-BN切片。這些技術(shù)主要包括機(jī)械和化學(xué)汽提方法。
在機(jī)械剝離中，H-BN原子片物理拉伸或彼此分離。例如，使用常規(guī)膠帶剝離石墨烯片是最公知的機(jī)械剝離方法之一。類似的技術(shù)也可用于制造h-BN膜。通常，機(jī)械剝離法可以被認(rèn)為是制備h-BN納米管的簡(jiǎn)單方法，但是它們的生產(chǎn)率可能較低，并且制造結(jié)構(gòu)的尺寸通常受到限制。另一方面，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與化學(xué)方法相比，使用這種方法產(chǎn)生的納米片上的缺陷數(shù)量更少。
化學(xué)汽提是在液體溶劑中進(jìn)行的。超聲波處理用于分解H-BN晶體中的范德華力，從而使溶劑分子擴(kuò)展原子層。盡管樣品易于污染，但這些方法非常簡(jiǎn)單，并且比機(jī)械剝離的產(chǎn)率更高。
二、自下而上的方法
1\化學(xué)氣相沉積
化學(xué)氣相沉積（CVD）是一種自下而上的化學(xué)沉淀方法，用于制備高質(zhì)量的納米級(jí)薄膜。在化學(xué)氣相沉積中，襯底暴露于前體，該前體在晶片的表面上反應(yīng)以產(chǎn)生所需的薄膜。該反應(yīng)還經(jīng)常產(chǎn)生有毒的副產(chǎn)物。歷史上，超高真空CVD（UHVCVD）已用于在過渡金屬上進(jìn)行薄H-BN沉積。近來(lái)，H-BN化學(xué)氣相沉積在高壓下在金屬表面上也已經(jīng)成功。
化學(xué)氣相沉積取決于活性前體的使用。對(duì)于H-BN，有氣體，液體和固體形式可供選擇，每種形式各有優(yōu)缺點(diǎn)。氣態(tài)前體，例如BF3/NH3，BCl3/NH3和B2H6/NH3，是有毒的，需要小心部署氣體比例以保持1∶1B/N化學(xué)計(jì)量比。液體前體（例如環(huán)硼氮烷）具有相等量的硼和氮，并且不會(huì)產(chǎn)生劇毒的副產(chǎn)物。然而，它們對(duì)水敏感并且容易水解。該缺點(diǎn)可以通過升高溫度來(lái)彌補(bǔ)，但是更高的溫度也導(dǎo)致反應(yīng)速率的增加。最后，對(duì)于固體前體，硼烷穩(wěn)定，化學(xué)計(jì)量比為1∶1。缺點(diǎn)是它會(huì)分解成高反應(yīng)性的BH2NH2，并在室溫下聚合。因此，純硼烷不能用作前體，應(yīng)與BH2NH2和環(huán)硼烷混合使用。
根據(jù)其操作條件，化學(xué)氣相沉積可分為大氣壓化學(xué)氣相沉積（APCVD），低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD）和超高真空化學(xué)氣相沉積。更高的真空度要求更復(fù)雜的設(shè)備和更高的運(yùn)營(yíng)成本，而更高的壓力會(huì)導(dǎo)致更快的增長(zhǎng)。對(duì)于H-BN，APCVD無(wú)法精確控制層數(shù)。目前，至少需要LPCVD來(lái)生產(chǎn)大面積單層H-BN。
基材的選擇在化學(xué)氣相沉積中很重要，因?yàn)樯a(chǎn)中的薄膜必須粘附在表面上。與石墨烯一樣，過渡金屬（例如銅或鎳）是H-BN中CVD襯底的常見選擇。鉑金還用作硅片，鐵箔和鈷。催化過渡金屬晶片材料的一個(gè)缺點(diǎn)是需要將最終產(chǎn)品轉(zhuǎn)移到諸如硅的目標(biāo)襯底上。該過程通常會(huì)損壞或污染膠片。一些氮化硼薄膜已經(jīng)在硅，SiO2/Si和藍(lán)寶石上生長(zhǎng)。
H-BN膜上疇的取向受基底材料及其取向的選擇影響。通常，疇在LPCVD方法中為三角形，而在APCVD方法中為三角形，截頭或六邊形。通常，這些疇是隨機(jī)取向的，但是h-Bn疇與銅（100）或（111）表面晶格嚴(yán)格對(duì)齊。對(duì)于CU（110），對(duì)準(zhǔn)不太嚴(yán)格，但在毫米距離處仍然很牢固。
2\物理氣相沉積
濺鍍
在濺射中，用高能粒子轟擊所需膜材料的固體靶，以在面對(duì)該靶的晶片上產(chǎn)生薄膜。氬離子束已被用于在銅箔上濺射H-Bn以產(chǎn)生高質(zhì)量的薄膜層，并且N2/Ar中的硼磁控濺射已被用于在釕上生長(zhǎng)高質(zhì)量H-Bn。該過程產(chǎn)生了一個(gè)兩原子層厚的膜；可以通過交替進(jìn)行室溫沉積和退火循環(huán)來(lái)生長(zhǎng)較厚的薄膜。
3\協(xié)同極化
當(dāng)將硼和氮源（例如非晶氮化硼）夾在鈷或鎳膜與二氧化硅之間時(shí)，可以通過在真空中退火異質(zhì)結(jié)構(gòu)，在金屬表面上生長(zhǎng)原子薄的H-BN膜。硼和氮原子溶解在金屬塊中，擴(kuò)散穿過薄膜，并沉積在表面上。這樣，避免了使用非常規(guī)或有毒的前體。
三、其他
在分子束外延（MBE）中，加熱的氣態(tài)元素凝結(jié)到晶片上。分子束外延已用于在鎳箔上生長(zhǎng)元素B和N中的H-Bn膜。
熔融的氧化硼與氣態(tài)氨反應(yīng)，在反應(yīng)界面處形成超薄H-BN膜。膜厚增加到20-30nm，此后過程終止，冷卻器件，氧化硼可溶于水。
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