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高壓高溫制備高質(zhì)量六方氮化硼單晶 | 進(jìn)展
信息來(lái)源：本站 | 發(fā)布日期： 2024-11-07 13:22:08 | 瀏覽量：61872
高質(zhì)量六方氮化硼（hBN）單晶因具有優(yōu)異的物理化學(xué)特性 ，包括原子級(jí)平坦表面、寬帶隙（~ 5.9 eV）、高絕緣、高面內(nèi)熱導(dǎo)率以及化學(xué)惰性等，被作為襯底和封裝材料廣泛應(yīng)用于二維量子材料體系的構(gòu)筑，是低維材料和物理領(lǐng)域研究新奇物理效應(yīng)和研制高性能電子器件的關(guān)鍵基礎(chǔ)材…
高質(zhì)量六方氮化硼（hBN）單晶因具有優(yōu)異的物理化學(xué)特性 ，包括原子級(jí)平坦表面、寬帶隙（~ 5.9 eV）、高絕緣、高面內(nèi)熱導(dǎo)率以及化學(xué)惰性等，被作為襯底和封裝材料廣泛應(yīng)用于二維量子材料體系的構(gòu)筑，是低維材料和物理領(lǐng)域研究新奇物理效應(yīng)和研制高性能電子器件的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料。此外，hBN在中子探測(cè)器、高效率紫外光源、超低損耗等離激元載體、高效單光子光源、滑移鐵電材料和憶阻器等多個(gè)領(lǐng)域也展現(xiàn)出廣泛應(yīng)用的潛力。目前，國(guó)內(nèi)外二維量子材料研究團(tuán)隊(duì)使用的高質(zhì)量純凈hBN單晶主要來(lái)自日本國(guó)立材料研究所（NIMS）的Kenji Watanabe和Takashi Taniguchi教授團(tuán)隊(duì)，他們采用Ba-BN溶劑體系在高溫高壓條件下制備高質(zhì)量的hBN單晶。然而，由于Ba基系統(tǒng)吸水性強(qiáng)，暴露在空氣中容易發(fā)生快速氧化，且所用的氮化鋇（Ba 2N 3）前驅(qū)體價(jià)格相對(duì)較高，因此開(kāi)發(fā)新的性質(zhì)穩(wěn)定且成本較低的溶劑體系來(lái)制備高質(zhì)量hBN單晶具有重要意義。
中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心的程金光研究員團(tuán)隊(duì)和東南大學(xué)的萬(wàn)能副研究員團(tuán)隊(duì)等組成的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，利用物理所先進(jìn)的大腔體多砧高壓高溫合成設(shè)備，經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)摸索，近期在高質(zhì)量hBN單晶制備方面取得重要進(jìn)展。他們開(kāi)發(fā)了一種新型的低成本Sr基溶劑Sr3B2N4（其成本約為Ba基溶劑的1/20），在4.5GPa和1500℃的高壓高溫條件下成功制備出了hBN單晶，并系統(tǒng)研究了前驅(qū)體中的氧含量對(duì)高質(zhì)量hBN單晶產(chǎn)率的影響。通過(guò)X射線衍射、拉曼光譜、陰極發(fā)光和X射線光電子能譜等一系列的表征，表明該團(tuán)隊(duì)制備的hBN單晶質(zhì)量已達(dá)到與NIMS團(tuán)隊(duì)相當(dāng)?shù)乃健?/strong>
圖 高溫高壓下利用Sr基溶劑體系合成的hBN單晶及其XRD和陰極發(fā)光表征結(jié)果。
該研究探索出一種低成本制備高質(zhì)量hBN單晶的新工藝，填補(bǔ)了我國(guó)在高壓高溫條件下合成高質(zhì)量hBN單晶的空白，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)大規(guī)模hBN單晶制備和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)也有助于保障我國(guó)二維量子材料研究中關(guān)鍵基礎(chǔ)材料的自主可控。
相關(guān)成果以“High-Pressure High-Temperature Synthesis of Hexagonal Boron Nitride Single Crystals from a Sr3B2N4 Solvent”為題近期發(fā)表在Crystal Growth & Design上。東南大學(xué)博士研究生田明、物理所博士后王寧寧為論文共同第一作者，東南大學(xué)萬(wàn)能副研究員、物理所程金光研究員為論文共同通訊作者。本工作是在復(fù)旦大學(xué)張遠(yuǎn)波教授的建議下而開(kāi)展的。此外，南京航空航天大學(xué)張玲瓏團(tuán)隊(duì)，上海大學(xué)邢娟娟團(tuán)隊(duì)等共同參與本工作，日本國(guó)立材料研究所的Kenji Watanabe和Takashi Taniguchi教授提供了Ba-BN溶劑制備的高質(zhì)量hBN單晶進(jìn)行對(duì)比。該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和江蘇省研究生科研實(shí)踐創(chuàng)新計(jì)劃等項(xiàng)目支持。
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2024-12-20 13:13:12
六方氮化硼是由氮原子和硼原子構(gòu)成的晶體，是一種廣泛使用的材料，它在許多領(lǐng)域都具有重要的應(yīng)用，例如高溫潤(rùn)滑劑和模型的脫模劑等。然而，它并不導(dǎo)電?！?
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2024-12-20 13:10:06
研究背景和主要內(nèi)容單晶六方氮化硼 (hBN) 在許多涉及二維 (2D) 材料的研究中發(fā)揮著重要作用。絕緣 hBN 的一個(gè)顯著應(yīng)用是通過(guò)將 2D 材料封裝在 hBN 薄片…
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2024-12-14 15:52:13
范德華層狀材料由于表面不存在懸掛鍵及其優(yōu)越的電學(xué)特性，在制造下一代先進(jìn)的單片集成電路方面具有很好的應(yīng)用前景?；パa(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)作為單片…
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2024-12-07 08:42:29
氮化硼具有獨(dú)特的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、阻隔特性，在功能復(fù)合材料、導(dǎo)熱與散熱、能源器件等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，氮…
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2024-12-02 08:36:37
六方氮化硼誕生在19世紀(jì)40年代的貝爾曼實(shí)驗(yàn)室中，它的結(jié)構(gòu)和性能與石墨極為相似，由于顏色潔白，有“白石墨”之稱。六方氮化硼陶瓷作為一種新型復(fù)合陶瓷…
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2024-11-23 12:20:54
納米技術(shù)是一個(gè)涉及在納米尺度上操縱材料的領(lǐng)域，包括在這一過(guò)程中采用的科學(xué)原理以及在這一尺度上新發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)特性和發(fā)展前景。納米技術(shù)已應(yīng)用于藥物輸…
