[发明专利]一种以包裹泡沫材料的方式制备单层六方氮化硼大单晶的方法

说明书

本发明公开了一种以包裹泡沫材料的方式制备单层六方氮化硼大单晶的方法。包括如下步骤：将泡沫材料用包裹材料包裹，并使包裹后的所述泡沫材料与化学气相沉积体系相通，以含硼元素和氮元素的化合物为原料，进行化学气相沉积，沉积完毕得到所述单层六方氮化硼单晶；构成所述包裹材料的材料为金属。通过该方法可以简单、高效、环保的在金属衬底表面制备出高质量的大单晶六方氮化硼，且通过此方法首次在铂片表面得到大单晶六方氮化硼。

技术领域

本发明属于材料领域，涉及一种以包裹泡沫材料的方式制备单层六方氮化硼大单晶的方法。

背景技术

六方氮化硼(h-BN)，具有与石墨烯相似原子结构的新型二维材料，其晶格系数与石墨烯相近(晶格失配率仅为1.8％)，是一种超薄的绝缘材料(禁带宽度约为5.9eV)。它拥有原子级光滑表面和较少的表面悬挂键，因此其作为石墨烯或者二硫化钼等其他二维半导体材料的衬底时，相较常规的SiO₂/Si衬底可以显著提高石墨烯或其他二维半导体材料的载流子迁移率。此外，h-BN还具有较高的热导率、机械强度、化学及热稳定性和透光率等优异性质，因此其在微纳器件的热控制、保护涂层和深紫外发射器等方面也有着广阔的应用前景。因此，制备出高质量、厚度均匀的单晶h-BN是该材料研究、应用乃至商业化的基石。目前的制备大单晶h-BN的技术，主要是以铜箔为基底，采用方法是在生长前对铜箔进行电化学抛光，或生长时延长退火时间(6h)，以抑制h-BN的成核密度，从而得到大的单晶h-BN。这些方法，虽然可以有效的提高h-BN 的单晶尺寸，但是却有成本较高、效率低、且处理过程有污染性废水(抛光液)产生等缺点。此外，除了铜以外，铂片由于其可重复使用的优点也是h-BN二维材料制备的常用衬底。然而由于铂片的催化活性较强，h-BN在铂片表面成核密度很高，所获得单晶尺寸仅在纳米尺寸，晶体质量较差。目前尚未有报道在铂片衬底上制备出大单晶 h-BN，这与铂片相较铜箔具有高化学稳定性，不易进行抛光处理有关，因此用常规技术很难在铂片上制备出大单晶的h-BN。

发明内容

本发明的目的是提供一种以包裹泡沫材料的方式制备单层六方氮化硼大单晶的方法。

本发明提供的以包裹泡沫材料的方式制备单层六方氮化硼单晶的方法，包括如下步骤：将泡沫材料用包裹材料包裹，并使包裹后的所述泡沫材料与化学气相沉积体系相通，以含硼元素和氮元素的化合物为原料，进行化学气相沉积，沉积完毕得到所述单层六方氮化硼单晶；

构成所述包裹材料的材料为金属。

上述方法中，构成所述包裹材料的材料为铂、铜、镍、铁、铜镍合金等过渡金属及其合金；

所述泡沫材料为泡沫镍、泡沫铜或泡沫铁等含有高比表面积且对硼或者氮具有溶解度的材料；

所述泡沫材料的孔径为0.1mm-1mm；

PPI(也即每英寸孔数)为50-120；

孔隙率为70％-98％。

所述相通是指保证气流能够在被所述包裹材料包裹的空间中进行流通。

在该方法中，单层六方氮化硼单晶会沉积在所述包裹材料的内壁上。

所述方法还可包括如下步骤：在所述化学气相沉积步骤之前，在所述包裹材料包裹的空间中放置衬底。

构成所述衬底的材料具体可为铂、铜、镍、铁、铜镍合金等过渡金属材料及其合金。

在该条件下，单层六方氮化硼单晶会沉积在包裹材料的内壁以及衬底的上下表面。

另外，在该情况下，包裹空间中衬底与泡沫材料之间的位置关系并不限定，各种位置关系均适用；如垂直叠放、平行放置或前后放置均可。所述位置关系为前后放置时，可将所述泡沫材料置于气流上游端，或者将所述衬底置于气流上游端。垂直叠放时，所述衬底和所述泡沫材料可任选其一置于上方。