氮化硼纳米带的制备及其电学特性测试

发布时间：2020-04-20 01:45

【摘要】：氮化硼纳米带(Boron Nitride Nanoribbon)是超薄的二维III-V族纳米材料。根据边缘态的手性分类,BNNR可分为锯齿型纳米带和扶手椅型纳米带。第一性原理计算表明,锯齿型BNNR的带隙与纳米带宽度有关,并且可以通过外部电场和不同程度的边缘氢化来调节。尽管块状六方氮化硼(Hexagonal Boron Nitride)晶体是电绝缘的,但是BNNR可以通过边缘氢化,氟化和氧官能团化制成半金属的导电特性。因此,BNNR对于纳米级电子,自旋电子,光电子等应用具有十分广泛的意义,所有这些应用都需要大量高质量的BNNR。然而,BNNR的合成相当具有挑战性,目前BNNR的产量很低。基于以上的问题,本课题进行了以下几个方面的研究:1)碱金属催化剂裂解改进方法制备BNNR;2)对BNNR特征尺寸的可控生长条件进行研究3)制备BNNR的测试电极,并且进行相应的电学特性测试及分析。采用碱金属催化剂硝酸锂,降低反应所需要的活化能,增强催化作用,采用简单的实验步骤,可以高效制备出高纯的BNNR。分析各种实验条件,探究了催化剂浓度,反应温度,气流量大小,反应时间这四个条件;在催化剂浓度范围为1mol/L到2mol/L之间,制备的BNNR产量最高;反应温度越高,制备的BNNR的长宽比越大;气流量越大,杂质浓度越小;反应时间越长,制备的BNNR厚度越薄。利用光刻以及磁控溅射的方法可以制备出电极宽度20微米,电极间隙2微米的叉指电极结构;分析电学特性测试结果发现,BNNR表现出良好的电学特性,相比于氮化硼纳米管(Boron Nitride Nanotube)的禁带宽度为5.5e V,导电特性要好一些;多根BNNR的电学特性受到其本身长宽比的影响,并且长宽比越大,电学特性越好;单根BNNR的电学特性表现出库仑阻塞的作用。
【图文】：

美国宇航局,等离子刻蚀,法制,扶手椅

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文可能由于钾嵌入断裂点后产生的排斥力，，随后的裂解沿着 BNNT 轴线纵向开始进行。在形成之后，许多 BNNR 仍然附着在母体 BNNT 上，并且可以通过在诸如异丙醇的溶剂中超声处理来分离。并且大多数 BNNT 都是扶手椅形或锯齿形的手性结构，由于“解压缩”过程的纵向性质，所得到的 BNNR 应该继承这些结构特征，即制备出的 BNNR 也为锯齿形或者扶手椅形。

TEM表征

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文气体流量会导致 BNNT 脱落形成 BNNR；最后，通过 HCl 漂洗来纯化。至此完成了对 BNNR 的制备。此研究中制备 BNNR 使用了两种不同类型的 BNNT：商业产品 BNNT，即 LLC的 BNNT P1-Beta 和 Glenn 的产品 GRC BNNT。如图 1-2（a）所示，BNNT P1-Beta包括小管，大部分具有 2 至 3 层的壁，图 1-2（b）表示的是利用这种 BNNT 剥离制备出的 BNNR。图 1-3（a）表示的是 Glenn 的产品 GRC BNNT，主要包括大管，大部分直径大约为 300 纳米，管壁厚度为 100 纳米，它是通过将固体硼和商业购买的碳纳米管（含有铁催化剂）的混合物暴露于 1300℃纯氨而制成的；图 1-3（b）表示的是利用这种 BNNT 剥离制备出的 BNNR。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O613.81;TB383.1

【参考文献】