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科学家合成六方氮化硼

来源:新材料在线 | 发表时间:2015-11-13  
导体—绝缘材料 | 电子电器 | 纳米材料 | 高分子材料

摘要 综合纳米结构物理中心 (CINAP) 和基础科学研究所的研究人员研究了导体和绝缘体之间的关系。该团队由 CINAP 的 Young Hee Lee 领导,广泛研究了层状六方氮化硼材料。所有二维层上的原子都暴露在表面上,相关的物理和化学性能受毗邻 

综合纳米结构物理中心(CINAP)和基础科学研究所的研究人员研究了导体和绝缘体之间的关系。该团队由CINAP的Young Hee Lee领导,广泛研究了层状六方氮化硼材料。所有二维层上的原子都暴露在表面上,相关的物理和化学性能受毗邻材料以及表面起皱的影响很大。

寻求新途径:绝缘体和导体之间的相互作用

导体和绝缘体存在于生活中的方方面面,保障着很多平凡亦或是重要的任务的完成:例如医院里的发电机,或者是让屏幕可以工作等等。一些导体例如金属等可以使得电子可以自由地从一种材料移动到另一种材料,从而可以完整地穿过材料表面。如果材料和另外的导体材料相接触,这种电荷转移过程会不断重复,除非其和绝缘体接触。

导体和绝缘体的相互接触

试想一下,这样两个演员之间的联系:一个是从高速路上巡航下来的汽车,另一个是点缀整个路上的红绿灯。这辆汽车——就像一个导体一样,只有当遇到红灯的时候才会停下来,红灯就像是绝缘体,使得整个回路停止了。绝缘材料可以阻止自由电子从一个原子移动到另一个原子,从一个分子移动到另一个分子。如果一个电荷从导体运动到了绝缘体部分,该电荷便会停留在初始位置。绝缘体不允许电子的自由移动,就像车必须在红灯处停下来一样。综合纳米结构物理中心和基础科学研究所的研究人员仔细研究了导体和绝缘体之间的关系。该团队由CINAP的Young Hee Lee领导,广泛研究了层状六方氮化硼材料。所有二维层上的原子都暴露在表面上,相关的物理和化学性能受毗邻材料以及表面起皱的影响很大。因此,处理原子层厚的材料时需要特别注意。六方氮化硼具有一些特殊的物理和化学特性,因此在很多方面都有潜在应用,例如干燥润滑剂、钝化层和深紫外线发射器等。这种六方氮化硼的性能优于二氧化硅材料,由于其原子平整度、禁带宽度较大、优异的机械强度,和低介电屏蔽等特性,使得其成为非常理想的二维材料基板。这在键盘和电力电缆制造等方面具有非常重要的应用。

合成过程

在该研究中,这种六方氮化硼材料薄膜通过化学气相沉积法制备获得。CVD是一种生产高质量高性能固体材料的方法。六方氮化硼的厚度通过冷却速度来控制。用CVD生长获得的单层石墨烯,单层二硫化钼和单层二硒化钨材料制成的场效应晶体管是在多层六方氮化硼上生长获得,其电荷迁移率在室温下可分别达到 24,000, 40, 和 ~ 9 cm2 V-1s-1。报道的材料中电荷迁移率最高的是具有石墨烯的样品。

六方氮化硼材料的应用

六方氮化硼是理想的二维材料基板,包括石墨烯和单层过渡金属二硫属化物(TMdC)。尽管通过这种基板剥离的材料性能很好,但是由于其面积受限,因此想要对其进行集成便不可行。大面积CVD生长的六方氮化硼可以轻易和其他二维材料进行集成。为了展示六方氮化硼是一种潜在的基板,石墨烯、二硫化钼和二硒化钨设备都是在六方氮化硼材料表面合成的。这种大面积高质量的六方氮化硼基板不仅可以促进二维纳米电子材料的发展,同时也为多层二维材料的合成提供了新技术。

新材料在线编译整理——翻译:杨超    校正:摩天轮