Large Single-Crystal Hexagonal Boron Nitride Monolayer Domains with Controlled Morphology and Straight Merging Boundaries

Hexagonal boron nitride monolayers with domain sizes up to 700 μm2 and geometry from triangle to hexagon are fabricated through a refined control over the precursor and morphology of the copper substrate. Hydrogen etching is shown to tailor the h-BN monolayers precisely along the grain boundaries, providing their morphology over micro­meter scale and a new avenue toward fabricating nanoribbons.


materialsviewschina报道:
单层六方氮化硼的可控生长及晶界观测
六方氮化硼是宽禁带的绝缘体,有突出的热稳定性和化学稳定性。其具有的原子级平整度和厚度使其成为二维材料异质结构器件中的理想介电材料。由六方氮化硼和其他二维材料构筑的电学器件已展现了非常优异、新颖的性能。通过化学气相沉积制备大面积单层六方氮化硼为实现大规模制备这类器件提供了可能的途径,但是目前样品较小的晶粒尺寸限制了器件的性能和稳定性。此外,六方氮化硼晶界的观测对了解样品的性能至关重要,利用高分辨透射电镜对晶界的观测限于原子尺度,大范围下的观测方法还有待探索。
南京航空航天大学纳米科学研究所郭万林教授领导的团队针对这一问题进行了深入而细致的研究,实现了单层六方氮化硼晶粒尺寸、形貌的可控生长,发现氢刻蚀不仅为六方氮化硼晶界的大面积观测提供了一个有效的途径,还为制备六方氮化硼纳米条带提供了一个新方法。相关结果在线发表在Small。
该团队使用铜箔为基底,发现改变源的供给分压可以有效调节六方氮化硼的成核密度和晶粒尺寸,在低分压下制备的单晶尺寸可达700 mm2。通过减小上下铜箔间距来增大铜蒸汽压,六方氮化硼晶粒的形貌从边缘为N-zigzag边的三角形逐渐演变成边缘为N-zigzag和B-zigzag相间的六边形。更为有趣的是,高温氢气刻蚀可以精确地沿着晶界裁剪六方氮化硼,使得利用光学显微镜即可实现大面积观测六方氮化硼的晶界分部情况。不同于大多数化学气相沉积制备石墨烯的曲线型晶界,六方氮化硼晶界在微米尺度上是由直线组成的。此外,利用氢气高温刻蚀相邻的平行晶界还可制备不同宽度的六方氮化硼纳米条带,为六方氮化硼条带的制备提供了一种新方法。
相关工作得到了国家科技部973计划,国家自然科学基金,江苏省自然科学基金,机械结构力学及控制国家重点实验室研究基金,中央高校基本科研业务费专项资金以及江苏省研究生培养创新工程的资助。

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