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Fortschritte in der Erforschung der Mikrostruktur und Anwendung von hexagonalem Bornitrid

Jul 03, 2019

H-BN ist ein zweidimensionaler Atomkristall mit sehr hoher thermischer und chemischer Stabilität und großer Bandlücke. Ähnlich wie Graphen hat die Monoschicht h-BN eine hexagonale Wabengitterstruktur und eine flache Atomoberfläche. Die Kombination von Schichten und Schichten aus mehrschichtigem h-BN hängt von der Van-der-Waals-Kraft ab. Forscher am Shanghai Institute of Microsystems haben herausgefunden, dass sich bei der Behandlung von h-BN-Kristallen im Wasserstoffplasma Blasen mit einer Größe von Mikrometern auf der Oberfläche von h-BN-Kristallen bilden können. Weitere Messungen zeigen, dass die Stapelung zwischen Schichten von h-BN-Kristallen vom AA'-Modus dominiert wird, der die Eigenschaften einer porösen Ausrichtung aufweist. Wenn Wasserstoff in den Plasmazustand eintritt, wird eine große Anzahl von Wasserstoffatomen erzeugt. Diese Wasserstoffatome können die Barriere der h-BN-Elektronenwolke überwinden, zerstörungsfrei in die Mehrschicht-h-BN eindringen und in den Zwischenschichtintervallen zu Wasserstoffmolekülen rekombinieren. Da zweidimensionales h-BN den Durchtritt von Gasmolekülen blockieren kann, ist Wasserstoff letztendlich auf den h-BN-Zwischenschichtspalt beschränkt und bildet schließlich Blasen. Forscher haben auch herausgefunden, dass dieses Plasmaverfahren erfolgreich Wasserstoffmoleküle aus Argon-Wasserstoff-Gemischen in h-BN-Zwischenschichten trennen kann, um Blasen zu bilden, und sogar Wasserstoff aus Kohlenwasserstoffgasen wie Methan oder Acetylen extrahieren kann.

Ein Tieftemperatur-Rasterkraftmikroskop wurde verwendet, um die Blasen auf der Oberfläche von h-BN zu messen. Es wurde festgestellt, dass die vollen Blasen plötzlich verschwinden würden, wenn die Temperatur von 34 K auf 33 K abfiel. Dieser Zusammenbruch- / Expansionsprozess konnte wiederholt beim Abkühl- / Erwärmungsprozess auftreten. Die Übergangstemperatur stimmt mit der Verflüssigungstemperatur von Wasserstoff (33,18 K) überein, was indirekt belegt, dass Wasserstoff tatsächlich in h-BN-Blasen vorhanden ist.

In dieser Arbeit wurden die speziellen Mikrostrukturen von h-BN erfolgreich genutzt, um Wasserstoff abzutrennen, zu extrahieren und zu speichern. Gleichzeitig bietet der kontrollierbare Herstellungsprozess von Bläschen im Mikromaßstab ein neues Schema für elektromechanische Mikro-Nano-Bauelemente und die mechanische Forschung auf der Grundlage zweidimensionaler Atomkristalle.

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Trennung von Wasserstoff in hexagonale Bornitridblasen durch Plasmaprozess

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Extraktion von Wasserstoff aus Kohlenwasserstoffen durch Plasmaverfahren und Einkapselung in eine h-BN-Zwischenschicht

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Expansion / Kollaps von Wasserstoffblasen auf der h-BN-Oberfläche bei 33-34 K-Temperatur. Maßstabsbalkengröße: 3um