石墨烯与六方氮化硼导电性差异的理论研究

石墨烯和六方氮化硼(h-BN)属于等电子体。二者具有类似的结构,但导电性能截然不同。石墨烯具有良好的导电性能,但h-BN是电绝缘体。本文基于量子化学计算,通过自然键轨道分析、电子密度拓扑分析、核独立化学位移(NICS)和磁感应电流密度(AICD)等方法对模型分子C24H12及B12N12H12的电子结构进行了分析,对石墨烯和h-BN导电性差异进行了理论解释。研究结果有助于加深学生对等电子体、定域、离域π键等基本概念的理解。

基于六方氮化硼的确定性量子光源研究进展

量子光源是量子信息科学技术的基石,对于推动光量子科技的进步至关重要。高效、稳定且易于获得的单光子源的实现是促进相关技术发展的关键。目前,六方氮化硼中的单光子源因其高亮度和优异的室温光学稳定性而备受关注。本文概述了六方氮化硼中单光子源的研究现状和物理特性,详细介绍了在六方氮化硼中实现精确定位单光子源的各种制备技术;并探讨了基于六方氮化硼的单光子源在不同应用领域的应用,如与光学微腔和波导的耦合以及通过外部电场或应力对它们的调制。最后,总结了六方氮化硼中单光子源所面临的机遇和挑战,并讨论了目前正在探索的研究方向以及未来的新可能性。

基于大厚度六方氮化硼中子探测器的制备

六方氮化硼是一种中子敏感材料。介绍了使用低压气相化学沉积在1673K下以大约20μm/h的生长速率制备了高质量203μm厚的六方氮化硼。在氮化硼的两侧沉积厚度为100nm的金电极,制备了垂直结构的六方氮化硼中子探测器。该器件的电学性质表明制备的六方氮化硼材料的迁移率寿命的乘积(μτ)为2.8×10^(-6)cm^(2)/V,电阻率为1.5×10^(14)Ω·cm。在850V电压下,该探测器对热中子的探测效率为34.5%,电荷收集效率为60%。

碳纤维/六方氮化硼/三元乙丙橡胶复合材料导热性能及其数值模拟

5G通讯、消费电子和新能源汽车领域的快速发展对导热材料的需求日益增长,高性能导热复合材料逐渐成为研究热点。由于导热硅胶垫片存在小分子硅油渗出和高温挥发的缺点,不适合用于高洁净度要求的应用场景。文中采用液体三元乙丙橡胶(EPDM)为基体,以碳纤维(CF)和六方氮化硼(h-BN)为导热填料,制备了不渗油且无VOC排放的柔性导热复合材料,并采用有限元仿真模拟了不同体积比和体积分数的混合填料填充复合材料的导热行为,预测了复合材料的导热系数,并将导热系数的模拟值与实测值进行对比,二者误差在10%以内,吻合度较高。该研究为混合填料填充柔性导热复合材料的导热性能模拟和预测提供了新途径。

二维六方氮化硼的制备及其光电子器件研究进展(特邀)

六方氮化硼是一种具有宽带隙和二维层状结构的代表性材料,拥有优异的物理化学稳定性和高热导率等独特特性。其表面原子级平整、无悬挂键和带电杂质,被公认为是作为其它低维材料衬底的理想选择。另一方面,六方氮化硼对深紫外波段的强吸收和中红外波段的双曲特性,使其成为了制备高性能深紫外和中红外探测器的重要材料。本文首先介绍了六方氮化硼的晶体结构和材料特性,然后将材料制备方法分为“自上而下”和“自下而上”两类,系统阐述了六方氮化硼的制备现状,接着从衬底/介质层/钝化层、隧穿层和吸收层三方面重点回顾了六方氮化硼在光电子器件领域的研究进展。最后,基于六方氮化硼的研究现状,分析了其所面临的一些挑战和机遇。

六方氮化硼增强环氧树脂基复合材料的研究进展

环氧树脂作为一种综合性能优异的热固性树脂在众多领域得到广泛应用,但是其固化后脆性大且断裂韧性比较低,六方氮化硼(h-BN)作为一种纳米填料与环氧树脂结合可以显著提高环氧树脂的各项综合性能,同时可以极大增强环氧树脂在实际应用中的潜力。文中首先系统介绍了h-BN的结构与性能特点,以及常用的制备、改性与分散方法。其次,着重阐述了h-BN作为纳米填料添加到环氧树脂中形成复合材料,其对于环氧树脂复合材料的热学、电学、机械以及防腐性能的影响,同时也对h-BN增强环氧树脂各种性能的研究进展进行了阐述。最后展望了h-BN/环氧树脂复合材料的发展与应用前景。

六方氮化硼忆阻器的研究进展

六方氮化硼是一种与石墨烯结构相似的材料,以六方氮化硼作为阻变介质层的忆阻器,具有良好的散热性能,不易发生介电击穿,能够实现小尺寸、低功耗和大的开关比;在计算机运算存储研究、人工神经网络和神经形态(即类脑)计算领域有极大的应用前景。文章主要介绍了忆阻器的分类,分析了六方氮化硼忆阻器的阻变机制,综述了六方氮化硼忆阻器的研究现状。最后,指出了六方氮化硼忆阻器当前面临的挑战,并展望了未来的发展方向。

六方氮化硼应用于样品前处理的研究进展

近几年,六方氮化硼由于孔隙率高、比表面积大、机械强度高、化学稳定性好、亲水性好、生物相容性好等优点,作为前处理材料获得了广泛关注,已被用于生物化学、食品安全、环境污染等领域的样品前处理,是一种理想的吸附剂。目前已开发了多种基于六方氮化硼材料作为吸附剂的样品前处理技术,包括固相萃取、分散固相萃取、固相微萃取、磁性固相萃取、管内固相微萃取、分散固相微萃取等,可实现多氯联苯、罗丹明B、黄酮类化合物、多环芳烃等分析物的萃取富集。综述了六方氮化硼材料在样品前处理领域的应用进展,并对今后的发展方向进行了展望。

六方氮化硼负载纳米氧化铝复合填料的制备及改性环氧涂层的防腐性能研究

将γ-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)改性的Al_(2)O_(3)纳米颗粒负载在覆盖有聚多巴胺(PDA)的六方氮化硼(h-BN)片层表面,合成了一种新型的PDA-BN@f-Al_(2)O_(3)复合材料,然后将其作为填料分散在环氧树脂中制备复合环氧涂层。结果表明,PDA-BN@f-Al_(2)O_(3)复合材料在环氧树脂中具有良好的分散性,并且表现出主动缓蚀的效果。添加质量分数为1%的PDA-BN@f-Al_(2)O_(3)复合材料的环氧涂层表现出良好的阻隔性能以及长效防腐的效果,其低频区的阻抗模量(|Z|_(0.01 Hz))比纯环氧涂层高三个数量级,同时复合涂层的柔韧性也得到提升。

JEFFAMINE M-600(R)改性六方氮化硼及其水性环氧复合涂层的腐蚀防护性能

目的提高六方氮化硼的分散性和环氧涂层的腐蚀防护性能。方法利用O-(2-氨丙基)-O'-(2-甲氧基乙基)聚丙二醇(JEFFAMINE M-600(R))对六方氮化硼(h-BN)进行功能化,实现其在水性环氧树脂中的稳定分散和相容性,并将其添加至水性环氧树脂中制备了具有优异阻隔性能的水性环氧复合涂层。利用SEM、TEM、XPS等手段证实了h-BN@JEFFAMINE M-600(R)的成功制备;此外,采用电化学手段对涂层的腐蚀防护性能进行了评价。结果JEFFAMINE M-600(R)成功修饰在h-BN表面,有效提高了h-BN在水性环氧树脂中的分散稳定性和相容性;同时所制备的h-BN@JEFFAMINE M-600(R)/水性环氧复合涂层在浸泡38 d后仍表现出优异的抗腐蚀性能,其阻抗模值(1.05×10^(9)Ω·cm^(2))较水性环氧涂层(1.31×10^(7)Ω·cm^(2))提高了约2个数量级,这主要归因于h-BN@JEFFAMINE M-600(R)的添加可以有效提高水性环氧涂层的阻隔效应,从而延缓腐蚀介质向基底的扩散,进而表现出优异的腐蚀防护性能。结论JEFFAMINE M-600(R)功能化有效提高了h-BN的剥离效率和稳定分散,使得h-BN@JEFFAMINE M-600(R)纳米杂化材料的添加可以有效提高水性环氧基体的致密性和阻隔效应,进而增强复合涂层对金属基底的腐蚀防护。

改性六方氮化硼/环氧树脂复合材料研究进展

随着科技的发展与进步,多功能型环氧树脂复合材料的需求日益增加。六方氮化硼因其独特结构和各种优异性能,作为填料加入环氧树脂基体中,可显著提高复合材料的导热性、阻燃性、防腐性等,是具有广泛应用前景的多功能型填料之一。为了提高六方氮化硼的分散性及其与环氧树脂的相容性,往往要对六方氮化硼进行改性。综述了改性六方氮化硼/环氧树脂复合材料在导热性、阻燃性、防腐性等方面的研究进展,并展望了改性六方氮化硼/环氧树脂复合材料的发展趋势。

悬空石墨烯/六方氮化硼异质结焦耳热红外辐射器件的可控制备与光电性能研究(特邀)

石墨烯具有优异的光、电、热以及力学性质,而悬空石墨烯避免了衬底带来的褶皱、载流子散射和掺杂等影响因素,可以充分展现石墨烯的本征物理特性,因此在高性能石墨烯微电子和光电子器件研究中具有重要意义。然而,目前悬空石墨烯器件还存在着制备方法复杂、成品率低、性能不稳定等挑战。文中提出了一种利用六方氮化硼吸附石墨烯,将其定点转移到金属电极,制备悬空石墨烯焦耳热红外辐射器件的新方法。六方氮化硼对悬空石墨烯具有良好的支撑悬挂作用,有效提高了悬空石墨烯的力学稳定性,避免了坍塌、断裂等失效情况。真空热退火处理后悬空石墨烯的电阻降低到退火处理前的约六分之一,载流子迁移率比退火前提高了约18倍。当偏置电压为8 V时,拉曼光谱测试发现石墨烯温度为836 K,器件在955 nm波长处表现出强烈的红外辐射信号。

多形貌六方氮化硼的制备及其应用研究进展

六方氮化硼(hBN)是一种用途极广的新型陶瓷材料,具有高疏水性、导热、电绝缘、抗氧化、导热性、高化学稳定性、机械强度和储氢能力等特殊的物化性质,可广泛应用于多种研究领域。hBN具有多种不同形貌。本文按照形貌的不同分别介绍了hBN纳米片、纳米管、纳米纤维、纳米薄膜、微球以及特殊形貌hBN的合成方法及研究现状。分析了hBN制备过程中存在的不足,展望了多形貌hBN合成的发展趋势。

六方氮化硼外延生长研究进展

二维超宽禁带半导体材料六方氮化硼(h-BN)具有绝缘性好、击穿场强高、热导率高,以及良好的稳定性等特点,且其原子级平整表面极少有悬挂键和电荷陷阱的存在,使其有潜力成为二维电子器件的衬底和栅介质材料。实现h-BN应用的关键在于生长高质量的h-BN单晶薄膜,本文详细介绍了在过渡金属衬底、绝缘介质衬底和半导体材料表面外延生长h-BN的方法及其研究进展。在具有催化活性的过渡金属衬底(铜、镍、铁、铂等)上可以外延得到高质量的二维h-BN,而在绝缘介质或半导体材料衬底上直接生长h-BN单晶薄膜更具挑战性。蓝宝石以其良好的热稳定性和化学稳定性成为外延h-BN的首选衬底,蓝宝石衬底上生长h-BN薄膜的方法主要有化学气相沉积、分子束外延、离子束溅射沉积、金属有机气相外延,以及高温后退火等,通过这些方法可以在蓝宝石衬底上外延得到h-BN单晶薄膜,还可以集成到现有的一些III-V族化合物半导体的外延生长工艺之中,为h-BN的大面积应用奠定基础。此外,石墨烯、硅和锗等半导体材料衬底上生长h-BN单晶薄膜也是当前研究的一个热点,这为基于h-BN的异质结制备及其应用提供了新的方向。

改性六方氮化硼/环氧粉末涂料的制备及性能测试

通过静电作用和范德华力制备六方氮化硼@聚多巴胺@3-氨基丙基三乙氧基硅烷(h-BN@PDA@APTES)复合材料,使用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等方法对其结构进行表征.制备的h-BN@PDA@APTES掺杂环氧(EP)粉末涂料(m-h-BN/EP),并进行形貌分析、热重分析(TGA)、中性盐雾测试、电击穿强度测试和体积电阻率测试,研究h-BN@PDA@APTES对EP粉末涂料的影响.与传统EP粉末涂料相比,m-h-BN/EP粉末涂料的绝缘和耐腐蚀性显著提高,焦残渣增加12.0%,电击穿强度提高69%,体积电阻率提高19.2倍.实验结果表明,经改性的h-BN在粉末涂料中具有良好的应用前景.

水辅助机械力化学和热塑加工制备聚乙烯醇/三聚氰胺磷酸盐/六方氮化硼复合材料

基于水辅助机械力化学和热塑加工制备了兼具无卤阻燃和导热性能的PVA/MP/h BN。研究了MP/h BN含量对PVA/MP/h BN复合材料阻燃性能、导热性能、拉伸强度、XRD和FTIR等的影响。结果表明,随着MP/h BN杂化填料含量的增加,PVA/MP/h BN复合材料的阻燃和导热性能增大,拉伸强度降低,当MP/h BN含量达到50%时,PVA/MP/h BN复合材料离火自熄,达到UL 94 V-0级别,热导率为0.437 W/(m·K),兼具较好的阻燃和导热性能,但拉伸强度降低至7.8 MPa,与纯PVA相比,约降低了80%;PVA/MP/h BN复合材料XRD、FTIR峰的强度受MP/h BN含量的影响,峰的位置变化不明显。因此,水辅助机械力化学和热塑加工诱导PVA、MP、h BN三者之间形成较强的缔合羟基相互作用力,降低了界面热阻,构建了导热网络,提高了PVA/MP/h BN复合材料的导热性,为PVA基复合材料在电子封装热管理领域的推广应用提供了一种简便且可扩展的制备方法。

放电等离子烧结法制备金刚石/六方氮化硼复合陶瓷及其力学性能研究

六方氮化硼陶瓷在热力学、化学、电学等方面具有优异的性能,常被应用于金属冶炼、航空航天、高温材料等领域,但受限于其较低的致密度、强度及过高的烧结温度,其应用范围难以进一步拓展。针对此问题,运用相变烧结法,采用放电等离子烧结,在六方氮化硼粉体中引入不同比例的微米级金刚石,研究了金刚石含量对复合六方氮化硼陶瓷的致密度及各项机械性能的影响。制备的复合六方氮化硼陶瓷致密度最高为95%。随金刚石含量增加,复合陶瓷抗压强度及抗弯强度逐渐增加,其抗压强度及抗弯强度最高可分别达到189.855 MPa,136.100 MPa;显微硬度和杨氏模量可分别达到0.70 GPa、10.42 GPa。该制备方法相比传统烧结技术具有烧结温度相对较低的优点,且六方氮化硼致密度及各项力学性能均得到显著提升。

基于X射线粉末衍射法研究机械力化学剥离六方氮化硼的晶体结构演变

使用机械力化学装置(行星球磨机)处理六方氮化硼(hBN)粉末,基于X射线粉末衍射法(XRD)研究了球料比、球磨时间和球磨转速等工艺条件对hBN晶体结构的影响。通过对hBN的(002)、(100)和(004)等晶面的特征衍射峰的分析发现:不同球磨工艺引起hBN粉末XRD的面外(002)和(004)晶面的强度总体表现出先增加后下降的趋势,面内(100)晶面的强度表现出先下降后增加的趋势,面内和面外晶面半峰宽均表现出逐渐增加的趋势,面外(002)强度和半峰宽的变化幅度尤其显著。球磨hBN粉末XRD的变化机制在于随着球磨的进行,hBN微粒从沿C轴择优取向分布导致面外晶面衍射增强,过渡到六方氮化硼微粒沿C轴剪切导致面内晶面衍射减弱的随机分布,再到hBN微粒剥离成二维纳米片导致面外晶面衍射半峰宽变宽的随机分布结构。通过X射线粉末衍射实验揭示了基于机械力化学剥离宏量制备六方氮化硼纳米片的晶体结构演变过程和机制,为机械力化学在剥离宏量制备六方氮化硼二维纳米材料的应用提供了实验和理论支撑。

聚乙烯醇/六方氮化硼杂化气凝胶的制备及其对甲基蓝的吸附综合实验设计与教学实践

基于教师的科研课题,设计的功能材料创新综合实验以聚乙烯醇(PVA)和六方氮化硼(hBN)为原材料,利用普通教学实验室的集热式磁力搅拌器、超声分散仪、真空冷冻干燥机、红外光谱仪、紫外可见分光光度计和X射线衍射仪等仪器设备,通过溶胶-凝胶-真空冷冻干燥法制备PVA/hBN杂化气凝胶,测试表征其结构与性能,并用于甲基蓝废水的吸附。设计的综合实验具有创新性和可操作性,一方面解决了因有机染料废水引起的社会和环境问题,另一方面为社会需求导向的应用型课程资源开发与教学实践提供了良好的素材。学生通过该综合实验,巩固了《功能材料》的基本原理和制备方法,拓展了功能材料的实际应用,提升了学生分析和解决实际工程问题的综合实践能力,掌握了系统科学的研究方法。在材料类专业中开设此综合实验具有重要的理论和实际工程意义。

科学家揭示六方氮化硼合成新机制

中国科学院上海微系统与信息技术研究所副研究员吴天如团队和华东师范大学教授袁清红团队,基于原位合成、表征研究与第一性原理计算方法,提出铁硼(Fe2B)合金表面高质量多层六方氮化硼(h-BN)原子空位辅助生长新机制。