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Fortschritte in der Erforschung der Mikrostruktur und Anwendung von hexagonalem Bornitrid

Jul 31, 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.

Die Forschung wurde von Wang Haomin, einem Forscher des Shanghai Institute of Microsystems, Zhang Daoli, einem Professor der Huazhong Universität für Wissenschaft und Technologie, Jannik Meyer, einem Professor der Universität Wien, Österreich, und Takashi Taniguchi, einem Professor des Japan National Institute, durchgeführt of Materials Science und Ni Zhenhua, Professor an der Southeast University. Die Arbeit wurde vom Nationalen Schlüsselforschungs- und Entwicklungsprogramm, der Nationalen Naturwissenschaftlichen Stiftung Chinas, dem Pionier B der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und der Shanghai Natural Science Foundation unterstützt. Er Li, der erste Autor der Arbeit, ist ein Doktorand, der vom Shanghai Institute of Microsystems und der Huazhong University of Science and Technology gemeinsam ausgebildet wurde. Wang Haomin und Zhang Daoli sind Co-Autoren.

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