石墨烯具有十分優(yōu)異的性能——高電子遷移率、大比表面積、優(yōu)良透光性、高熱導率、高楊氏模量和硬度,但是石墨烯卻是零帶隙的半金屬。而二維六方氮化硼（h-BN）具有和石墨烯極其相似的結(jié)構(gòu),由于具有出色的熱穩(wěn)定性、良好的導熱性和電絕緣性、獨特的紫外發(fā)光性能、高機械強度及介電等明顯特點,在光電子器件、多功能涂層材料、介電材料等方面有著十分廣闊的應用前景。石墨烯/h-BN異質(zhì)結(jié)的出現(xiàn)為石墨烯、h-BN的研究帶來了新的方向,如在石墨烯/h-BN異質(zhì)結(jié)中發(fā)現(xiàn)的量子霍爾效應分形能譜、以h-BN為基底的石墨烯基器件的載流子遷移率得到了極大提升等。制備高性能器件對二維材料的尺寸、質(zhì)量有極大的要求,如何制備高質(zhì)量、大尺寸的二維材料成為了研究熱點�；瘜W氣相沉積法（CVD）是制備大尺寸、高質(zhì)量二維材料最有前景的方法,本文圍繞CVD法制備石墨烯、h-BN二維材料及其異質(zhì)結(jié)進行了研究,主要有以下幾個內(nèi)容:（1）通過使用低功率密度、超高斯分布、連續(xù)激光為加熱熱源,利用激光化學氣相沉積法在多晶鎳箔上快速制備大尺寸、高質(zhì)量、層數(shù)可控的石墨烯;通過控制生長時間、激光功率密度、冷卻速率、甲烷濃度等因素來控制石墨烯的質(zhì)量與層數(shù),得... 

【文章來源】：武漢理工大學湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

h-BN的結(jié)構(gòu)圖

6以得到從幾十納米到毫米級的周期性排列的區(qū)域，并將其轉(zhuǎn)移到包括柔性襯底在內(nèi)的各種平臺上。圖1-3制備面內(nèi)石墨烯/h-BN異質(zhì)結(jié)的示意圖：使用CVD法制備h-BN薄膜；通過氬離子對h-BN薄膜進行部分刻蝕得到預先設計的圖案；用CVD法在刻蝕區(qū)域生長石墨烯[26]。Fig.1-3Illustrationofthefabricationprocedureforin-planegraphene/h-BNheterostructures.Steps:preparationofh-BNfilmsusingtheCVDmethod;partialetchingofh-BNbyargonionstogivepredesignedpatterns;subsequentCVDgrowthofgrapheneontheetchedregions.3.多功能涂層材料h-BN具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性和高的機械強度，可以作為金屬的保護層以保護金屬免受氧化，其在多功能涂層材料方面具有很大的應用前景。Li等[27]人發(fā)現(xiàn)被單層h-BN薄膜覆蓋的銅箔在空氣中加熱到200oC時不會被氧化，但由于空穴等缺陷的存在，銅箔在較高溫度下會逐漸被氧化�？紤]到單層h-BN薄膜的厚度較小，Liu等[28]人在鎳箔上制備了可控厚度的h-BN薄膜，并將其轉(zhuǎn)移到銅箔上，他們發(fā)現(xiàn)5nm厚度的h-BN涂層可以使銅箔在500oC下保持超過30分鐘而不被氧化，而對于鎳基板，溫度甚至高達1100oC。4.光電器件二維h-BN在波長為250-900nm范圍內(nèi)沒有明顯的吸收，表現(xiàn)出高的透明度（透射比99%），而在波長215nm處有紫外冷光特性，所以它廣泛應用于深紫外（DUV）發(fā)光材料和激光器件等方面。Wang等[29]人用離子束濺射法在鎳箔上制備大尺寸單晶h-BN，并制造了一個基于單層h-BN的光電探測器模型，證明了h-BN薄膜在DUV光電探測器方面的應用可能性。除此之外，在光子發(fā)射[30]、紫外激光器[31]方面也有應用。

8染，且制備的h-BN面積較校與其他方法相比，機械剝離法方便、經(jīng)濟、快捷，但卻無法獲得大面積、單層的h-BN納米片，所以機械剝離法不適合實際大規(guī)模生產(chǎn)的應用。2.液相剝離法液相剝離法也稱化學剝離，是一種使用表面活性劑分散及剝離h-BN納米片的方法，其示意圖如圖1-4所示。Han等[37]人將液相剝離法首次應用于制備h-BN納米片。他們以1,2-二氯乙烷溶液為溶劑，再通過超聲處理制備得到了單層或少層h-BN納米片。由于h-BN層間結(jié)合力較強，通常使用強溶劑作為h-BN的溶劑，如強極性溶液二甲基甲酰胺（DMF）、路易斯堿（ODA和PEG）、甲磺酸（MSA）等[38–40]。液相剝離法快速簡便、且不受環(huán)境影響、產(chǎn)量高，是大規(guī)模制備h-BN納米片的重要方法，但是其制備得到的h-BN質(zhì)量不高、面積孝引入雜質(zhì)多，不能滿足高質(zhì)量的石墨烯器件的要求。圖1-4液相剝離法制備h-BN示意圖。Fig.1-4Schematicdiagramofpreparationofh-BNbyliquidexfoliation.3.化學氣相沉積法化學氣相沉積法（CVD）是利用氣體運輸，前驅(qū)體分子在襯底進行分解、吸附、形核，然后沉積一層薄膜的方法。該方法是目前公認的制備大面積、高質(zhì)量h-BN薄膜最有前景的制備方法，這對于h-BN的實際應用具有重要意義。CVD法制備h-BN的過程涉及3個步驟：（1）前驅(qū)體的分解；（2）分解分子在基板表面的吸附與擴散；（3）進一步成核、生長。圖1-5是以氨硼烷為原料制備h-BN的原理圖。


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