[發明專利]一種以包裹泡沫材料的方式制備單層六方氮化硼大單晶的方法

有效

• 申請號: 201610915977.5
• 申請日: 2016-10-20
• 公開（公告）號: CN107964682B
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 陳珊珊;應豪;王樂
• 申請（專利權）人: 中國人民大學
• 主分類號: C30B29/38
• 分類號: C30B29/38;C30B25/18
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢

本發明公開了一種以包裹泡沫材料的方式制備單層六方氮化硼大單晶的方法。包括如下步驟：將泡沫材料用包裹材料包裹，并使包裹后的所述泡沫材料與化學氣相沉積體系相通，以含硼元素和氮元素的化合物為原料，進行化學氣相沉積，沉積完畢得到所述單層六方氮化硼單晶；構成所述包裹材料的材料為金屬。通過該方法可以簡單、高效、環保的在金屬襯底表面制備出高質量的大單晶六方氮化硼，且通過此方法首次在鉑片表面得到大單晶六方氮化硼。

技術領域

本發明屬于材料領域，涉及一種以包裹泡沫材料的方式制備單層六方氮化硼大單晶的方法。

背景技術

六方氮化硼(h-BN)，具有與石墨烯相似原子結構的新型二維材料，其晶格系數與石墨烯相近(晶格失配率僅為1.8％)，是一種超薄的絕緣材料(禁帶寬度約為5.9eV)。它擁有原子級光滑表面和較少的表面懸掛鍵，因此其作為石墨烯或者二硫化鉬等其他二維半導體材料的襯底時，相較常規的SiO₂/Si襯底可以顯著提高石墨烯或其他二維半導體材料的載流子遷移率。此外，h-BN還具有較高的熱導率、機械強度、化學及熱穩定性和透光率等優異性質，因此其在微納器件的熱控制、保護涂層和深紫外發射器等方面也有著廣闊的應用前景。因此，制備出高質量、厚度均勻的單晶h-BN是該材料研究、應用乃至商業化的基石。目前的制備大單晶h-BN的技術，主要是以銅箔為基底，采用方法是在生長前對銅箔進行電化學拋光，或生長時延長退火時間(6h)，以抑制h-BN的成核密度，從而得到大的單晶h-BN。這些方法，雖然可以有效的提高h-BN 的單晶尺寸，但是卻有成本較高、效率低、且處理過程有污染性廢水(拋光液)產生等缺點。此外，除了銅以外，鉑片由于其可重復使用的優點也是h-BN二維材料制備的常用襯底。然而由于鉑片的催化活性較強，h-BN在鉑片表面成核密度很高，所獲得單晶尺寸僅在納米尺寸，晶體質量較差。目前尚未有報道在鉑片襯底上制備出大單晶 h-BN，這與鉑片相較銅箔具有高化學穩定性，不易進行拋光處理有關，因此用常規技術很難在鉑片上制備出大單晶的h-BN。

發明內容

本發明的目的是提供一種以包裹泡沫材料的方式制備單層六方氮化硼大單晶的方法。

本發明提供的以包裹泡沫材料的方式制備單層六方氮化硼單晶的方法，包括如下步驟：將泡沫材料用包裹材料包裹，并使包裹后的所述泡沫材料與化學氣相沉積體系相通，以含硼元素和氮元素的化合物為原料，進行化學氣相沉積，沉積完畢得到所述單層六方氮化硼單晶；

構成所述包裹材料的材料為金屬。

上述方法中，構成所述包裹材料的材料為鉑、銅、鎳、鐵、銅鎳合金等過渡金屬及其合金；

所述泡沫材料為泡沫鎳、泡沫銅或泡沫鐵等含有高比表面積且對硼或者氮具有溶解度的材料；

所述泡沫材料的孔徑為0.1mm-1mm；

PPI(也即每英寸孔數)為50-120；

孔隙率為70％-98％。

所述相通是指保證氣流能夠在被所述包裹材料包裹的空間中進行流通。

在該方法中，單層六方氮化硼單晶會沉積在所述包裹材料的內壁上。

所述方法還可包括如下步驟：在所述化學氣相沉積步驟之前，在所述包裹材料包裹的空間中放置襯底。

構成所述襯底的材料具體可為鉑、銅、鎳、鐵、銅鎳合金等過渡金屬材料及其合金。

在該條件下，單層六方氮化硼單晶會沉積在包裹材料的內壁以及襯底的上下表面。

另外，在該情況下，包裹空間中襯底與泡沫材料之間的位置關系并不限定，各種位置關系均適用；如垂直疊放、平行放置或前后放置均可。所述位置關系為前后放置時，可將所述泡沫材料置于氣流上游端，或者將所述襯底置于氣流上游端。垂直疊放時，所述襯底和所述泡沫材料可任選其一置于上方。