[发明专利]氮化硼纳米片连续薄膜、其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种氮化硼纳米片连续薄膜、其制备方法与应用。所述制备方法包括：在基底上覆设前驱物薄膜，之后在含氮反应气氛高温反应，制得所述氮化硼纳米片连续薄膜；所述前驱物薄膜包括至少三种元素，其中的两种元素分别为硼、氧元素，其余元素选自锂、铍、镁、钙、锶、钡、铝、镓、铟、锌、钛和硅中的任意一种或多种的组合。本发明的制备方法可以直接在Si等基底上合成氮化硼连续纳米片(即氮化硼纳米片连续薄膜)，无需金属催化剂的参与，也无需任何转移工序，工艺简单可控，成本低廉，并且所获的氮化硼纳米片连续薄膜可直接作为石墨烯等二维纳米材料的生长基底，进而利于构建石墨烯器件的衬底和/或栅极等，具有巨大的应用前景，能实现批量生产。

技术领域

本发明涉及一种纳米薄膜材料，特别涉及一种氮化硼纳米片连续薄膜及其制备方法与应用，属于无机纳米材料技术领域。

背景技术

石墨烯作为最早发现的二维晶体材料，引起了全球科学家的广泛关注。因其具有高的载流子迁移率、化学惰性好、机械强度高等性能，在电子器件、能源、复合材料、生物医药等领域具有巨大的应用前景。特别地，可将石墨烯广泛应用于半导体行业，突破器件尺寸极限的限制有望代替硅材料。但是，实际上合成的石墨烯，很难达到理论预测的性能，比如载流子迁移率偏低等。原因在于，一方面合成的石墨烯晶体尺寸太小、层数偏多、或缺陷太多等；另一方面，石墨烯加工成为器件，需要附于衬底材料使用，而衬底材料与石墨烯之间的晶格不匹配，使得石墨烯不能很好发挥其本身优势。

氮化硼纳米片(BNNS)具有类似于石墨烯的六元环平面结构，晶格常数与石墨烯最为匹配，被称为“白石墨烯”。且BNNS具有优异的电绝缘性、高的导热系数、以及良好的化学惰性、耐高温、抗氧化性能更特点，在诸多领域都有着广泛的应用前景，在应用于半导体行业时可作为衬底生长出高质量的石墨烯，从而发挥出石墨烯最优性能。除了石墨烯，过渡金属二硫化物、黑磷等二维材料的性能发挥，也需要BN衬底材料。

目前，合成氮化硼(BN)纳米片的方法主要为化学气相沉积法，这些方法依赖于铜、镍、钌等金属基底的催化作用合成的BN纳米片生长于金属基底表面，必须转移到硅基底上才能制成器件。另外，也有研究人员在硅基底上合成氮化硼纳米片，但是该方法仍然需要在硅基底沉积一层金属作为催化剂，生长完后硅基底和氮化硼纳米片之间有金属存在，并不能直接和硅片一起在器件中使用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种氮化硼纳米片连续薄膜、其制备方法与应用，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种氮化硼纳米片连续薄膜的制备方法，其包括：在基底上覆设前驱物薄膜，之后在含氮反应气氛中加热至1000～1400℃并保温反应，制得所述氮化硼纳米片连续薄膜；所述前驱物薄膜包括至少三种元素，其中的两种元素分别为硼、氧元素，其余元素选自锂、铍、镁、钙、锶、钡、铝、镓、铟、锌、钛和硅中的任意一种或两种以上的组合。

本发明实施例中还提供了一类由前述任一种方法制备的氮化硼纳米片连续薄膜，其由尺寸为1～50μm的六方氮化硼纳米片单晶聚集而成，厚度介于1～100原子层。

本发明实施例中还提供了所述氮化硼纳米片连续薄膜的用途。

与现有技术相比，本发明提供的氮化硼纳米片连续薄膜的制备方法可以直接在基底(例如硅基底)上合成氮化硼连续纳米片(即氮化硼纳米片连续薄膜)，无需金属催化剂的参与，也无需任何转移工序，工艺简单可控，成本低廉，并且所获的氮化硼纳米片连续薄膜可直接作为石墨烯等二维纳米材料的生长基底，进而利于构建石墨烯器件的衬底和/或栅极等，具有巨大的应用前景，能实现批量生产。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明的具体实施方式进行详细说明。本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。