Hojas de nitruro de boro 2D puro y cristalizado sintetizadas mediante un proceso novedoso que combina métodos PDC y SPS

Scientific Reports volumen 6, Número de artículo: 20388 (2016) Citar este artículo

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En el contexto de las investigaciones emergentes relacionadas con el grafeno, es bien sabido que las nanohojas h-BN (BNNS), también conocidas como BN 2D, se consideran el mejor candidato para reemplazar el SiO2 como soporte dieléctrico o capa de cobertura para el grafeno. Como consecuencia, el desarrollo de una nueva fuente alternativa de cristales de h-BN altamente cristalizados, adecuados para una exfoliación adicional, es una cuestión científica de primer orden. Este artículo propone un enfoque prometedor para sintetizar escamas de h-BN puras y bien cristalizadas, que pueden exfoliarse fácilmente en BNNS. Este nuevo proceso de producción accesible representa una fuente alternativa relevante de suministro en respuesta a la creciente necesidad de BNNS de alta calidad. La estrategia de síntesis para preparar h-BN puro se basa en una combinación única de la ruta de la cerámica derivada de polímeros (PDC) con el proceso de sinterización por plasma por chispa (SPS). A través de una investigación química y estructural a múltiples escalas, se muestra claramente que las escamas obtenidas son grandes (hasta 30 μm), libres de defectos y bien cristalizadas, que son características clave para una exfoliación posterior en BNNS relevantes.

Gracias a su notable potencial para aplicaciones electrónicas, las investigaciones relacionadas con los nanomateriales 2D están actualmente en auge. En particular, el nitruro de boro hexagonal (h-BN) es un material clave, especialmente en el contexto de las investigaciones emergentes relacionadas con el grafeno. De hecho, es bien sabido que los BNNS han sido considerados como uno de los mejores candidatos para reemplazar al SiO2 como soporte dieléctrico o capa protectora para el grafeno1. La razón más importante está relacionada con las imperfecciones de la superficie del SiO2 (rugosidad, trampas cargadas...), que pueden limitar significativamente la movilidad de los portadores dentro de las láminas atómicas del grafeno, afectando luego a sus propiedades de transporte electrónico. Dado que los parámetros reticulares de los BNNS coinciden perfectamente con los del grafeno, este inconveniente debe superarse2. Trabajos recientes3,4 incluso presentan la posibilidad de construir heteroestructuras de múltiples capas en las que h-BN y escamas de grafeno exfoliadas se apilan alternativamente para formar transistores basados en grafeno orientados verticalmente5,6.

Para tener éxito en estos dominios de aplicaciones, el desarrollo de un recurso accesible de cristales de h-BN puros y altamente cristalizados sigue siendo un desafío. Hoy en día, sólo dos fuentes principales de cristales de nitruro de boro hexagonal (h-BN) están comúnmente disponibles para la producción de BNNS después de una escisión mecánica o química. En primer lugar, las fuentes comerciales7,8, generalmente obtenidas a partir de un compuesto de boro que contiene oxígeno que reacciona con una fuente que contiene nitrógeno, que se caracterizan con mayor frecuencia por un alto nivel de defectos con áreas cristalinas relativamente pequeñas (desde menos de 2 μm hasta 10 μm). ). En segundo lugar, los cristales de h-BN también se pueden encontrar utilizando el método de alta presión y alta temperatura (HPHT) adoptado en el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales (NIMS Japón)9,10. Este proceso permite la escisión de muestras de BN relativamente grandes (~ 100 μm) y delgadas (varios nm) con una superficie atómicamente plana y baja densidad de defectos. Sin embargo, la difusión de este último recurso se ve obstaculizada por sus severas condiciones de producción, por ejemplo, alta temperatura (hasta 2100 °C), alta presión (5,5 GPa) y tiempo de tratamiento (80 h). Esas especificidades no permiten, hasta ahora (hasta donde sabemos), la reproducibilidad de esa ruta por otro grupo.

Para alcanzar láminas de h-BN grandes y altamente cristalizadas, se pueden considerar dos estrategias. El primero consiste en una deposición directa de los BNNS requeridos sobre un sustrato, mientras que el segundo se basa en la generación de BNNS mediante exfoliación de grandes monocristales de h-BN.

Considerando el primer enfoque, la literatura informa sobre CVD y derivados de CVD11,12,13,14,15, síntesis de nanocapas de BN depositadas en diferentes sustratos utilizando precursores basados en boro y nitrógeno16,17,18,19. Sin embargo, al adoptar tales métodos basados en gases, es difícil controlar la formación de defectos y ajustar el número de capas. El segundo enfoque aprovecha la débil fuerza interplanar h-BN para obtener, mediante exfoliación, una estructura bidimensional similar al grafeno de pocas capas (a menudo denominadas nanohojas BN). La exfoliación está bien documentada en la literatura y puede realizarse mediante métodos mecánicos16,20,21,22,23,24 o químicos25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35. Como consecuencia, esta forma indirecta de generar BNNS mediante exfoliación a partir de cristales de h-BN de alta calidad parece más relevante, pero en realidad adolece de una falta de fuentes de suministro de h-BN puras, como se analizó anteriormente.

Teniendo esto en cuenta, proponemos un procedimiento experimental alternativo innovador, que puede aplicarse ampliamente para producir una cantidad importante de escamas de h-BN a gran escala (>10 μm) y alta pureza basado en una combinación original de dos técnicas avanzadas: la ruta de las cerámicas derivadas de polímeros (PDC) y el proceso de sinterización por plasma por chispa (SPS).

En un primer paso, la ruta de las PDC participa en la preparación de un polímero precerámico muy puro a partir de un recurso molecular. Entre todos los precursores disponibles para producir h-BN a partir de la ruta de las PDC, trabajos recientes han demostrado que el poliborazileno (PBN) era el mejor candidato36,37,38,39,40, debido a su síntesis fácil y reproducible, combinada con su contenido cerámico relativamente alto. rendimiento y alta pureza. Además, la relación B/N dentro del polímero es ideal para obtener más h-BN estequiométrico y no hay contaminantes excepto átomos de hidrógeno que se eliminan fácilmente durante el paso de ceramización. En otras palabras, la disposición hexagonal de h-BN ya está presente dentro de la estructura del precursor molecular en el anillo borazínico. Otros desarrollos han demostrado que la incorporación de nitruro de litio como promotor de la cristalización en el precursor polimérico mejora notablemente, a partir de temperaturas extraordinariamente bajas (1000 °C), tanto la velocidad de cristalización como el nivel de cristalinidad41. Recientemente, también hemos demostrado que, sin ningún paso de sinterización, un tratamiento térmico resistivo simple y clásico (<1200 °C) de este polímero precerámico aditivado condujo a un h-BN altamente cristalizado, propenso a exfoliarse fácilmente a grafeno h-BN. como pocas capas42. En este estudio anterior, los BNNS obtenidos mostraron un tamaño de un par de micrómetros, lo que no es suficiente para prever las aplicaciones mencionadas anteriormente.

El proceso de preceramización da lugar a un polvo de BN amorfo. Con el fin de favorecer la cristalización y aumentar el tamaño de los cristales, el polvo se sinteriza mediante SPS43. Tradicionalmente, el SPS se utiliza para obtener material muy denso. En comparación con las técnicas de sinterización convencionales, la densidad casi teórica se logra a una temperatura de sinterización más baja y con duraciones de tratamiento más cortas44. Incluso si el proceso SPS se aplica con mayor frecuencia con fines de densificación, se sabe que sus parámetros45 (pulso de corriente, presión, velocidad de calentamiento) también pueden influir en los mecanismos de crecimiento de la nucleación46. Es razonable suponer que las intensas líneas de corriente pulsada generadas durante el proceso SPS pueden modificar el paso de cristalización promoviendo el crecimiento de los cristales. En esa dirección, la sinergia entre los PDC y los SPS es una estrategia prometedora y accesible para obtener escamas grandes y puras de h-BN. Los BNNS objetivo podrían dar lugar a un paso de exfoliación posterior.

El PBN líquido se mezcla primero con micropolvo de Li3N (5 % en peso) y se preceramiza a 650 °C antes de sinterizarlo en el aparato SPS. Después de 1 h en condiciones experimentales optimizadas (presión de 90 MPa, 1800 °C, corriente constante de 770 A, pulsos de 10 ms ON y 5 ms OFF, vacío en la cámara SPS de 0,15 mbar) se obtiene un pellet blanco de 1 cm de diámetro. (Recuadro de la figura 1a). Se investiga una caracterización preliminar del enlace químico dentro de la muestra mediante espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS). Se realizan dos análisis en la misma muestra antes y después de una pulverización catódica con Ar+ de la superficie, lo que lleva a una abrasión de 1 μm de profundidad. Ambos estudios generales aparecen en la Fig. 2. Los picos de fotoelectrones de B1, N1, O1 y C1 se reconocen claramente en el espectro registrado en la muestra sin procesar, lo que da una composición química elemental de 42,5; 43,6; 2,4 y 11,5% at., respectivamente. Las energías de enlace de B1 y N1, a 190,7 eV y 398,6 eV, respectivamente, son consistentes con los datos XPS informados para BN47. Ambos picos son perfectamente simétricos, lo que confirma que los átomos de B y N están involucrados exclusivamente en los enlaces BN48,49. Además, el pico de carbono a 285,0 eV, atribuido a una fuente de contaminación, es muy común en las mediciones XPS. La forma asimétrica del pico C1s, típica de la contaminación por carbono, todavía enfatiza esta interpretación50. De la misma manera, la presencia de una pequeña cantidad de oxígeno (señal a 532,7 eV) estaría relacionada con una impureza de oxígeno probablemente resultante de trazas de agua residual o de oxígeno adsorbido en la superficie de la muestra. Sin embargo, este primer análisis da una relación B/N elemental de 0,97, es decir, muy cercana a la del BN estequiométrico. El segundo análisis realizado después de la abrasión (4 keV Ar+ sputtering), permite confirmar que el carbono y el oxígeno resultaron de contaminación extrínseca ya que están casi ausentes en la muestra (<0,5%at. para O1s y 1,3%at. para C1s). Después del grabado, la determinación de la relación B/N es más complicada ya que se produce una pulverización preferencial de átomos de nitrógeno, dejando una superficie rica en boro (54,6% at. para B1 frente a 44,1% at. para N1)51.

(a) Imagen SEM que muestra capas apiladas con tamaños micrométricos, recuadro: pellet de 1 cm de diámetro; (b) Imagen SEM que muestra la sección transversal del pellet y los BNNS alineados perpendicularmente al pellet de superficie; (c) Espectro de dispersión Raman registrado en la muestra sin procesar y (d) patrones XRD obtenidos con el análisis de la muestra sin procesar (superior) de la superficie del pellet y el análisis (abajo) de la sección transversal del pellet.

(a) Encuestas generales de XPS obtenidas en la muestra cruda (1) y después de una abrasión de 1 μm (2); (b) pico de B1 y la correspondiente deconvolución registrada en la muestra sin procesar; (c) pico de N1 y la correspondiente deconvolución registrada en la muestra sin procesar; (d) el pico de C1 y la deconvolución correspondiente registrada en la muestra sin procesar y (e) el pico de O1 y la deconvolución correspondiente registrada en la muestra sin procesar.

Luego, la muestra sinterizada se caracteriza adoptando un enfoque multiescala (microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopia Raman y difracción de rayos X). La Figura 1a presenta una imagen SEM representativa registrada en la muestra sin procesar. Muestra claramente dominios BN muy grandes y homogéneos (hasta 30 μm) bien agrupados en escamas diferenciadas. Si el prístino gránulo a granel es claramente policristalino, demostraremos que cada escama es un monocristal. Además, se puede resaltar que las escamas de BN tienen una orientación preferencial perpendicular a la superficie del pellet, por ejemplo, alineadas en la dirección comprimida (Fig. 1b). La Figura 1c presenta el espectro Raman registrado en la muestra sin procesar. Es bien sabido que la posición del pico Raman y el ancho total a la mitad del máximo (FWHM) son parámetros relativos al nivel de cristalinidad de la muestra. Podemos observar un pico único bien definido a 1366 ± 1 cm-1, que es característico del modo de vibración E2g del cristal h-BN40. Este valor es muy cercano al teórico reportado para el material a granel h-BN a 1367 cm-1 52. La ligera diferencia con el material de referencia a granel se debe a tensiones residuales inter y/o intragranulares desarrolladas en el pellet y pueden resultar de la Proceso de sinterización de alta energía. Este pico es simétrico con un FWHM de 7,7 cm-1. Hasta donde sabemos, dicho valor es comparable al informado para los mejores monocristales de h-BN obtenidos por HPHT9,10,53,54. Este resultado se correlaciona con una densidad de defectos muy baja y un tamaño de cristalito muy grande. La Figura 1d presenta dos patrones de XRD realizados en la muestra sin procesar. El espectro superior es un análisis de rayos X de la superficie del pellet y el otro es un análisis de rayos X de la sección transversal del pellet. Ambos patrones exhiben picos delgados, intensos y bien separados que indican un buen ordenamiento estructural. Todos los picos se asignaron a los planos cristalográficos esperados de un cristal h-BN según el número de archivo JCPDS 01-073-2095 (Tabla 1). La comparación de ambos patrones muestra claramente una disminución drástica de la intensidad de todos los picos excepto los {001}, lo que indica una orientación preferencial de los cristalitos de h-BN a lo largo del eje a (característico del enlace covalente BN) paralelo a la carga aplicada. .

En resumen, los dominios cristalizados en micrómetros grandes (hasta 30 μm) crecieron en la dirección de la carga de sinterización, validando así nuestra estrategia de método basada en el acoplamiento de métodos PDC y SPS.

Para una investigación a escala más fina, el gránulo crudo de h-BN se lavó y se exfolió mecánicamente mediante el método de la cinta, lo que generó piezas de 10 a 200 nm de espesor con un tamaño lateral de hasta 30 μm (Fig. 3b). Estos BNNS se depositaron sobre un sustrato de Si, cubierto por una capa de óxido de SiO2 de 80 nm para ser caracterizados por espectroscopía Raman. Se registraron dos espectros en dos BNNS diferentes de la misma muestra diferenciados por su contraste bajo un microscopio óptico (Fig. 3a, b). Ambos espectros, que se muestran en la Fig. 3c, muestran el pico único de h-BN ubicado a 1366 cm −1 con diferentes intensidades en relación con diferentes espesores de BNNS. Mediante AFM (Fig. 3c, recuadro), sus espesores se midieron a 13 nm y 114 nm. Este resultado muestra que la exfoliación mecánica de h-BN conduce a BNNS micrométricos de espesores de hasta unos pocos nanómetros. Además, TEM también confirma la alta calidad cristalina de las escamas BNNS (Fig. 4). De hecho, el patrón de difracción asociado con BNNS de 5 a 30 μm exhibió puntos brillantes claramente hexagonales, que son representativos de cristales individuales.

(a, b) imágenes ópticas de BNNS con diferentes espesores depositadas en la superficie de Si02 y (c) espectros Raman registrados en los BNNS correspondientes, recuadro: imagen AFM obtenida en la muestra más gruesa.

Imagen TEM BF que muestra un cristal grande y su correspondiente patrón de difracción (recuadro).

Finalmente, para realizar una investigación estructural más profunda, las escamas monocristalinas se pueden aislar fácilmente en BNNS más delgadas mediante un tratamiento de exfoliación ultrasónico apropiado en etanol. Hemos estudiado la distribución del tamaño de los cristales y los BNNS, respectivamente, antes y después de la exfoliación química, a partir de imágenes ópticas y SEM (consulte la figura complementaria S1 en línea). Cabe mencionar que dicho tamaño aún podría aumentarse optimizando el proceso de exfoliación. La Figura 5 presenta una imagen TEM registrada en un BNNS aislado que mide de 10 a 15 μm. Después de la exfoliación, su espesor se reduce a varios nanómetros, acercándose a la estructura deseada de las láminas bidimensionales similares al grafeno. Luego, AFM investigó la planitud de los BNNS (consulte la figura complementaria S2 en línea). En un estudio típico, la rugosidad RMS (Root Mean Square) se ha determinado en 0,7 nm. Este valor es similar al medido para la sílice estándar. Incluso si no observamos un valor más bajo como se muestra en el trabajo de Dean et al.55, razonablemente pensamos que la planitud de nuestras muestras sería compatible con la deposición de grafeno como sustrato o para producir heteroestructuras de van der Waals. La Figura 6a muestra áreas cristalinas homogéneas con patrones Moiré en zonas extendidas que confirman el alto nivel de cristalinidad. El patrón de difracción de electrones de área selectiva (SAED) (Fig. 6b, recuadro), obtenido de la imagen de alta resolución (Fig. 6b), muestra seis puntos brillantes distribuidos hexagonalmente, lo que demuestra el logro de monocristales de h-BN. Este patrón SAED correspondiente puede interpretarse como el apilamiento atómico de AA' en la dirección c. Las capas atómicas también se pueden apilar en una estructura turboestrática más compleja, como lo demuestran los patrones Moiré de forma hexagonal obtenidos en diferentes áreas de muestras (Fig. 6c-e). Las desorientaciones entre capas de h-BN similares al grafeno pueden explicar esos patrones Moiré, que se revelan mediante múltiples puntos en las correspondientes imágenes de Transformada Rápida de Fourier (Fig. 6c-e recuadro)56. Esas imágenes muestran dos conjuntos de puntos hexagonales girados con ángulos de 12°, 21° y 25° respectivamente. Al modelar estas desorientaciones con dos monocapas de BN, es posible hacer coincidir bastante bien las imágenes FFT correspondientes (Fig. 6f-h). Esta rotación relativa podría deberse a la mancha inducida por la estructura enrollada, como ya se ha mostrado en imágenes para fallas de apilamiento rotacional en láminas de grafeno de pocas capas57.

Imagen TEM BF que muestra un BNNS de 10 μm y su patrón de difracción correspondiente (recuadro).

(a) Micrografía BF-TEM de hojas grandes de h-BN (10 μm) con patrones Moiré. Tres monocristales desorientados fueron delimitados con una línea discontinua; (b) disposición atómica hexagonal típica de unas pocas capas de h-BN, recuadro: patrón SAED correspondiente; (c – e) disposición atómica particular que exhibe patrones Moiré de forma hexagonal con ángulos desorientados de 12°, 21° y 25°, recuadros: imágenes FFT correspondientes; ( f – h ) modelado de dos capas h-BN rotadas en ángulos correspondientes.

Para obtener más información sobre la composición química, el análisis mediante espectroscopia de pérdida de energía electrónica (EELS) se realizó directamente en BNNS delgados (Fig. 7). Sólo se registran los bordes K de boro y nitrógeno, mientras que no se detectan rastros de litio, carbono u oxígeno. Este análisis químico complementario corrobora resultados XPS anteriores que concluyen sobre la excelente pureza de las muestras: a granel y BNNS.

(a) Espectro EELS de amplio rango obtenido en un BNNS, recuadro: espectros de alta resolución de B y N K-edge; (b) espectro de alta resolución adquirido alrededor del borde K de Li; (c) espectro de alta resolución adquirido alrededor del borde K de C y (d) espectro de alta resolución adquirido alrededor del borde K de O.

En resumen, la novedad del método proviene de la asociación de dos procesos de síntesis: la ruta de los PDC, que se sabe que conduce a cerámica de alta pureza cuando se utiliza un polímero precerámico puro, y la ruta SPS que permite alcanzar una alta cristalinidad en la cerámica final. El efecto beneficioso de los SPS es evidente al comparar las características de los BNNS actuales con los mejores sintetizados por una única ruta de PDC42. Por ejemplo, la calidad cristalina primero mejora significativamente, como lo muestra la medición de los picos FWHM Raman que disminuyó de 40 cm-1 para los PDC BNNS a 7,7 cm-1 para los PDC-SPS'BNNS. Además, demostramos que la aplicación de una corriente externa (mediante SPS) conducía a escamas orientadas preferentemente con dominios mucho más grandes (hasta 30 μm) que los obtenidos anteriormente (1–2 μm). Por otro lado, aunque el laboratorio NIMS pueda aportar a la comunidad científica cristales más grandes (500 μm), su procedimiento experimental requiere más energía y tiempo. De hecho, se puede subrayar que para alcanzar las condiciones de presión GPa, se requiere un instrumento específico y dedicado (yunque de diamante), que limita todo el tamaño de la muestra y no es de fácil acceso. Los datos comparativos resumidos se recopilan en la Tabla complementaria S2 en línea.

Finalmente, la calidad de nuestras muestras puede abrir nuevas perspectivas para muchas aplicaciones como sustrato de grafeno o para producir heteroestructuras de van der Waals.

Para concluir, hemos demostrado que se puede obtener una gran cantidad de pocas capas de h-BN autónomas mediante la exfoliación de material a granel de h-BN altamente cristalizado, preparándose este último utilizando un método de síntesis dual relevante que involucra la ruta de los PDC y la Proceso MSF. Este método original ofrece una nueva forma alternativa de generar cristales de h-BN de alta calidad como nueva fuente de suministro para BBNS.

Se preparó una dispersión de micropolvos de nitruro de litio (Li3N, Aldrich) (5% en peso) en poliborazileno líquido (PBN) siguiendo un procedimiento descrito en otro lugar42. Esta dispersión se calentó lentamente en un tubo Schlenk en atmósfera de argón desde temperatura ambiente hasta 200 °C y se mantuvo a 200 °C durante 1 h, lo que condujo a un polímero en estado sólido que evitó una mayor evaporación del oligómero. Luego, el polvo blanco obtenido (rendimiento en masa del 82%) se colocó en un crisol de alúmina para calentarlo en atmósfera de N2 a 650 °C (1 °C.min-1) y se mantuvo a esta temperatura final durante 1 h. En una caja de guantes, el troquel de grafito SPS cubierto con papyex® se llenó con el polvo precerámico y luego se transfirió a la cámara SPS (HP D 25, FCT System) entre los dos punzones y se comprimió a temperatura ambiente bajo carga uniaxial hasta 90 MPa. Luego se realizó el calentamiento del SPS (pulsos de 10 ms activados y 5 ms desactivados) hasta 1800 °C manteniendo constante la carga normal. Durante la temperatura de permanencia de 1 h, la corriente fue de 770 A y el vacío en la cámara SPS fue de 0,15 mbar. El proceso de recocido se mantuvo a esta temperatura máxima para completar la reacción de ceramización de BN y el proceso de densificación. Quitando el papix protector se obtuvo finalmente un pellet blanco (300 mg). Las observaciones SEM se llevaron a cabo con un voltaje de aceleración muy bajo (200 V) utilizando un microscopio SUPRA Zeiss. Los espectros Raman se adquirieron en un espectrómetro Horiba Jobin-Yvon ARAMIS equipado con una rejilla de 1800 líneas/nm, utilizando una longitud de onda de excitación de 532 nm y un objetivo x50 (la banda Raman principal del pico de sílice se encuentra en 520,1 cm-1). Las mediciones de XPS se realizaron utilizando un instrumento PHI Quantera SXM equipado con un analizador de energía de electrones hemisféricos de 180 y una fuente monocromatizada de Al Kα (1486,6 eV) operada a 15 kV y 4 mA. Los análisis se realizaron en la muestra cruda y después de una abrasión de 1 μm utilizando una pulverización catódica de Ar+ de 4 keV. Los patrones de XRD se registraron con un difractómetro Phillips PW 1830/40, con una fuente de radiación CuK. Luego, los BNNS se preparan mediante exfoliación química (en etanol, ultrasonicación: 1 min a 25 W, Hielscher UP400S y centrifugación) o física (cinta). Simplemente se depositó una gota de la solución en una rejilla de cobre de carbono con agujeros de malla 300 para realizar observaciones TEM (microscopios JEOL 2100F y 2010F que funcionan a 200 kV). Los espectros EELS se registraron utilizando un FEG frío JEOL JEM-ARM200F, que funciona a 200 kV.

Cómo citar este artículo: Yuan, S. et al. Hojas de nitruro de boro 2D puro y cristalizado sintetizadas mediante un proceso novedoso que combina métodos PDC y SPS. Ciencia. Rep. 6, 20388; doi: 10.1038/srep20388 (2016).

Lee, G.-H. et al. Túnel de electrones a través de nitruro de boro hexagonal atómicamente plano y ultrafino. Aplica. Física. Letón. 99, 243114–243116 (2011).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Golberg, D. y col. Nanotubos y nanoláminas de nitruro de boro. ACS Nano 4, 2979–2993 (2010).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Britnell, L. y col. Transistor túnel de efecto de campo basado en heteroestructuras verticales de grafeno. Ciencia 335, 947–950 (2012).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Mehr, W. y col. Transistor vertical de base de grafeno. Dispositivo electrónico IEEE Lett. 33, 691–693 (2012).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Liu, Z. y col. Heteroestructuras en el plano de grafeno y nitruro de boro hexagonal con tamaños de dominio controlados. Nat. Nanotecnología. 8, 119-124 (2013).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Canción, L. et al. Crecimiento a gran escala y caracterización de capas atómicas de nitruro de boro hexagonal. Nano Lett. 10, 3209–3215 (2010).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Clere, TM Método para fabricar polvos de nitruro de boro de alta difusividad térmica. Patente estadounidense US 7189774 B2. 13 de marzo de 2007.

Lin, KY, Raman, C., Xiang, B. & Murugaiah, A. Composición que comprende nitruro de boro exfoliado y método para formar dichas composiciones. Patente de Estados Unidos US 20140077125 A1. 2014 marzo 20.

Watanabe, K., Taniguchi, T. y Kanda, H. Propiedades de banda prohibida directa y evidencia del láser ultravioleta de monocristal de nitruro de boro hexagonal. Nat. Madre. 3, 404–409 (2004).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Kubota, Y., Watanabe, K., Tsuda, O. y Taniguchi, T. Nitruro de boro hexagonal emisor de luz ultravioleta profunda sintetizado a presión atmosférica. Ciencia 317, 932–934 (2007).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Guo, N. y col. Fabricación de películas delgadas de nitruro de boro hexagonal de gran área para condensadores flexibles. Nanoresolución. 6, 602–610 (2013).

Artículo CAS Google Scholar

Kim, E., Jain, N., Jacobs-Gedrim, R., Xu, Y. y Yu, B. Exploración de los fenómenos de transporte de portadores en un FET de grafeno ensamblado con CVD sobre nitruro de boro hexagonal. Nanotecnología 23, 125706–125710 (2012).

Artículo ADS PubMed CAS Google Scholar

Liu, Z. y col. Crecimiento directo de capas apiladas de grafeno/nitruro de boro hexagonal. Nano Lett. 11, 2032-2037 (2011).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Gibb, AL y cols. Imágenes de resolución atómica de defectos en los límites de grano en nitruro de boro hexagonal cultivado con deposición química de vapor en monocapa. Mermelada. Química. Soc. 135, 6758–6761 (2013).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Ismach, A. et al. Hacia la síntesis controlada de películas hexagonales de nitruro de boro. ACS Nano 6, 6378–6385 (2012).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Corso, M. et al. Nanomalla de nitruro de boro. Ciencia 303, 217–220 (2004).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Simonson, RJ, Paffett, MT, Jones, ME y Koel, BE Un estudio vibratorio de boracina adsorbida en superficies de Pt(111) y Au(111). Navegar. Ciencia. 254, 29–44 (1991).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Preobrajenski, AB, Nesterov, MA, Ng, ML, Vinogradov, AS y Mårtensson, N. Monocapa h-BN en superficies metálicas no coincidentes en celosía: sobre la formación de la nanomalla. Química. Física. Letón. 446, 119-123 (2007).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Sutter, P., Lahiri, J., Albrecht, P. y Sutter, E. Deposición química de vapor y grabado de películas de nitruro de boro hexagonales monocapa de alta calidad. ACS Nano 5, 7303–7309 (2011).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Novoselov, KS et al. Cristales atómicos bidimensionales. Proc. Nacional. Acad. Ciencia. Estados Unidos 102, 10451–10453 (2005).

Artículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Li, LH y col. Pelado mecánico a gran escala de nanohojas de nitruro de boro mediante molienda de bolas de baja energía. J. Mater. Química. 21, 11862–11866 (2011).

Artículo CAS Google Scholar

Pacilé, D., Meyer, JC, Girit, Ç. O. & Zettl, A. La fase bidimensional del nitruro de boro: láminas de pocas capas atómicas y membranas suspendidas. Aplica. Física. Letón. 92, 133107–133109 (2008).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Meyer, JC, Chuvilin, A., Algara-Siller, G., Biskupek, J. y Kaiser, U. Sputtering selectivo e imágenes de resolución atómica de membranas de nitruro de boro atómicamente delgadas. Nano Lett. 9, 2683–2689 (2009).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Gorbachov, RV et al. Búsqueda de nitruro de boro monocapa: firmas ópticas y Raman. Pequeño 7, 465–468 (2011).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Han, W.-Q., Wu, L., Zhu, Y., Watanabe, K. y Taniguchi, T. Estructura de láminas de nitruro de boro de mono y pocas capas atómicas derivadas químicamente. Aplica. Física. Letón. 93, 223103–223105 (2008).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Warner, JH, Rümmeli, MH, Bachmatiuk, A. & Büchner, B. Imágenes de resolución atómica y topografía de láminas de nitruro de boro producidas por exfoliación química. ACS Nano 4, 1299-1304 (2010).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Zhi, C., Bando, Y., Tang, C., Kuwahara, H. y Golberg, D. Fabricación a gran escala de nanoláminas de nitruro de boro y su utilización en compuestos poliméricos con propiedades térmicas y mecánicas mejoradas. Adv. Madre. 21, 2889–2893 (2009).

Artículo CAS Google Scholar

Lin, Y., Williams, TV & Connell, JW Nanohojas de nitruro de boro hexagonales exfoliadas y solubles. J. Física. Química. Letón. 1, 277–283 (2010).

Artículo CAS Google Scholar

Yurdakul, H. et al. Caracterización nanoscópica de nanohojas de nitruro de boro (BNNS) bidimensionales (2D) producidas por microfluidización. Cerámica. En t. 38, 2187–2193 (2012).

Artículo CAS Google Scholar

Li, X. y col. Exfoliación de nitruro de boro hexagonal mediante hidróxidos fundidos. Adv. Madre. 25, 2200–2204 (2013).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Chen, X., Dobson, JF y Raston, CL Exfoliación fluídica con vórtice de grafito y nitruro de boro. Química. Comunitario. 48, 3703–3705 (2012).

Artículo CAS Google Scholar

Yi, M. y col. Producción escalable asistida por hidrodinámica de nanoláminas de nitruro de boro y su aplicación para mejorar la resistencia a la erosión de átomos de oxígeno de compuestos poliméricos. Nanoescala 5, 10660–10667 (2013).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Jan, R. y col. Mejora de las propiedades mecánicas de los compuestos de nanohojas y polímeros de BN mediante estirado uniaxial. Nanoescala 6, 4889–4895 (2014).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Yi, M., Shen, Z., Liu, L. y Liang, S. Nanohojas de nitruro de boro de tamaño seleccionado como rellenos resistentes a la corrosión de átomos de oxígeno. RSC Avanzado. 5, 2983–2987 (2014).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Liu, L. y col. Nanohojas de nitruro de boro con tamaño y espesor controlados para mejorar las propiedades mecánicas y la resistencia a la erosión del oxígeno atómico. RSC Avanzado. 4, 37726–37732 (2014).

Artículo CAS ADS Google Scholar

Kusari, U. et al. Formación de micropartículas de nitruro de boro nanoestructuradas y nanocristalinas con formas tridimensionales derivadas de diatomeas. Química. Comunitario. 1177–1179 (2007), doi: 10.1039/B614494B.

Zhong, W. y col. Diseño de compuestos de matriz de nitruro de boro reforzados con fibra de carbono mediante moldeo por transferencia de poliborazileno asistido por vacío y pirólisis. J. Eur. Cerámica. Soc. 33, 2979–2992 (2013).

Artículo CAS Google Scholar

Termoss, H. y col. Preparación de recubrimientos a base de nitruro de boro sobre sustratos metálicos mediante irradiación infrarroja de poliborazileno recubierto por inmersión. J. Mater. Química. 19, 2671–2674 (2009).

Artículo CAS Google Scholar

Li, J., Bernard, S., Salles, V., Gervais, C. y Miele, P. Preparación de nitruro de boro a granel derivado de poliborazileno con propiedades sintonizables mediante pirólisis sin presión y prensado en caliente. Química. Madre. 22, 2010-2019 (2010).

Artículo CAS Google Scholar

Yuan, S. y col. Nuevo potencial para la preparación de recubrimientos h-BN mediante pirólisis de polímeros en horno RTA. J. Eur. Cerámica. Soc. 33, 393–402 (2013).

Artículo CAS Google Scholar

Yuan, S. y col. Síntesis a baja temperatura de láminas de nitruro de boro hexagonales altamente cristalizadas con Li3N como agente aditivo. EUR. J. Inorg. Química. 2014, 5507–5513 (2014).

Artículo CAS Google Scholar

Yuan, S., Toury, B., Journet, C. y Brioude, A. Síntesis de unas pocas capas hexagonales similares al grafeno de nitruro de boro. Nanoescala 6, 7838–7841 (2014).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Bernard, S. & Miele, P. ordenaron cerámicas mesoporosas derivadas de polímeros y su procesamiento en monolitos de nitruro de boro y carbonitruro de silicoboro jerárquicamente porosos. Nuevo J. Chem. 38, 1923-1931 (2014).

Artículo CAS Google Scholar

Munir, ZA, Quach, DV y Ohyanagi, M. Activación de la sinterización por corriente eléctrica: una revisión del proceso de sinterización por corriente eléctrica pulsada. Mermelada. Cerámica. Soc. 94, 1-19 (2011).

Artículo CAS Google Scholar

Aman, Y., Garnier, V. y Djurado, E. Un enfoque de diseño de cribado para comprender los parámetros de sinterización por plasma por chispa: un caso de alúmina policristalina translúcida sin dopar. En t. J. Aplica. Cerámica. Tecnología. 7, 574–586 (2010).

Artículo CAS Google Scholar

Omori, M. Sinterización, consolidación, reacción y crecimiento de cristales mediante el sistema de plasma por chispa (SPS). Madre. Ciencia. Ing. A 287, 183–188 (2000).

Artículo de Google Scholar

Moulder, J., Stickle, W., Sobol, P. y Bomben, K. Manual de espectroscopia de fotoelectrones de rayos X. (ed. Chastain, J.) (Perkin-Elmer Corp: Eden Prairie, 1992).

Saitoh, H., Yoshida, KK y Yarbrough, WA Preparación y caracterización de microcristales de nitruro de boro ricos en boro mediante deposición química de vapor asistida por filamentos calientes. J. química. Vapor. Depósitos. 1, 59 (1992).

CAS Google Académico

Patibandla, N. & Luthra, KL Deposición química de vapor de nitruro de boro. J. Electroquímica. Soc. 139, 3558–3565 (1992).

Artículo CAS ADS Google Scholar

Vicente, H. et al. Microtextura y estructura de fibras de nitruro de boro mediante microscopía electrónica de transmisión, difracción de rayos X, espectroscopia de fotoelectrones y dispersión Raman. Madre. Ciencia. Ing. A 340, 181-192 (2003).

Artículo de Google Scholar

Guimón, C. et al. Estudio XPS de películas delgadas de BN depositadas por CVD sobre sustratos planos de SiC. Navegar. Interfaz Anal. 16, 440–445 (1990).

Artículo CAS Google Scholar

Nemanich, RJ, Solin, SA y Martin, RM Estudio de dispersión de luz de microcristales de nitruro de boro. Física. Rev. B 23, 6348–6356 (1981).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Clubine, B. Síntesis y caracterización de nitruro de boro hexagonal monocristalino a granel a partir de disolventes metálicos. 35 (Universidad Estatal de Kansas, 2012).

Watanabe, K., Taniguchi, T. y Kanda, H. Espectros de luminiscencia ultravioleta de monocristales de nitruro de boro cultivados a alta presión y alta temperatura. Física. Estado Solidi A 201, 2561–2565 (2004).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Dean, CR y cols. Sustratos de nitruro de boro para electrónica de grafeno de alta calidad. Nat. Nanotecnología. 5, 722–726 (2010).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Zan, R., M., Q., Jalil, R. & Bangert, U. Avances en la ciencia del grafeno (ed. Aliofkhazraei, M.) 3–30 (InTech, 2013).

Warner, JH, Rümmeli, MH, Gemming, T., Büchner, B. & Briggs, Imágenes directas GAD de fallas de apilamiento rotacional en grafeno de pocas capas. Nano Lett. 9, 102-106 (2009).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

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Los autores agradecen a la ANR por su apoyo financiero a través del proyecto 14-CE08-0018 «GoBN», el CTμ (Centre Technologique des Microstructures) de la Université Lyon 1 y CLYM (Centre Lyonnais de Microscopie) para el acceso a TEM.

Laboratorio de Multimateriales e Interfaces, CNRS, UMR 5615, Universidad Lyon 1, Universidad de Lyon, Villeurbanne, F-69622, Francia

Sheng Yuan, Sébastien Linas, Catherine Journet, Arnaud Brioude y Bérangère Toury

Ingeniería y ciencia de materiales, UMR CNRS 5510, INSA Lyon, Universidad de Lyon, Villeurbanne, F- 69621, Francia

Sheng Yuan, Philippe Steyer, Vincent Garnier y Guillaume Bonnefont

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SY y BT produjeron la PBN mediante PDC y realizaron las mediciones mediante XRD, VG y GB realizaron el proceso SPS. CJ, AB y PS realizaron la caracterización SEM y TEM. SL caracterizó las muestras mediante espectroscopía AFM y Raman. Todos los autores contribuyeron a escribir el artículo.

Los autores no declaran tener intereses financieros en competencia.

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Yuan, S., Linas, S., Journet, C. et al. Hojas de nitruro de boro 2D puro y cristalizado sintetizadas mediante un proceso novedoso que combina métodos PDC y SPS. Representante científico 6, 20388 (2016). https://doi.org/10.1038/srep20388

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Recibido: 11 de octubre de 2015

Aceptado: 31 de diciembre de 2015

Publicado: 04 de febrero de 2016

DOI: https://doi.org/10.1038/srep20388

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