1.2 六方氮化硼

1842 年，六方氮化硼（h-BN） 被 Balmain 首次合成，而其商业上的应用则在 100 年之后。六方氮化硼属于六方晶系，是最普遍的氮化硼变体，类似于石墨的层状结构，通常为块体或白色粉末状。其层内由B原子和N原子交替排列组成无限延伸的六角网格，层间则按ABABAB方式交替排列(具体结构如下图1)。因此在层内存在很强的B-N共价键，而层与层之间则靠较弱的范德华力相结合。晶体结构沿轴方向强度低、间距大，两层之间容易滑动，使六方氮化硼(h-BN)成为优良的固体润滑剂。另外论文网，六方氮化硼具有较高的熔点，耐高温，可作为优良的高温耐火材料。

三维六方氮化硼层与层之间只存在弱的范德瓦尔斯相互作用。目前用于 h-BN 合成的方法有传统的高温合成法、气相沉积法、液相生长法及一些新兴的工艺手段，如前驱体分子热解法、激光蒸发法、碳纳米管替代法、电弧放电法、球磨退火法等。2004年，Corso组在Rh(111)单晶面上通过自组装方式成功合成了具有3nm长的周期和2nm的孔洞规则的六方氮化硼结构。随后2005年，石墨烯发现者Geim等人采用机械剥离法成功制备出孤立的二维六角氮化硼片，这使得对二维六方氮化硼薄片的广泛研究更具有实际意义。Zettl等人，在SiO2衬底上或者自由悬浮状态下成功合成多层氮化硼片，并且预示了单原子薄膜片也可合成，从而更加深刻地揭示了二维氮化硼的物理性质。与石墨相似，六方氮化硼被称为“白石墨”，它具有优良的润滑性；另外它还具有高的化学稳定性、优秀的高温抗氧化性、优良的导热性、良好的中子吸收性能以及良好的透波性能等，因此在机械、冶金、电子、航空航天等高科技领域具有广泛的应用。

1.3 氮化硼片研究概况

近年来，随着二维石墨烯单层从石墨多层材料中成功剥离，有关单层石墨烯的性质和应用引起了广泛关注，也激励着人们对具有相似晶体结构的二维六方氮化硼片的结构和性质进行了深入的考察。无论是单层石墨烯还是六方氮化硼片，其单原子厚度，可以制造出非常薄的电子器件和设备，能够很好地满足高度集成化的要求。[1] 这将使得场效应晶体管（FETs）可以被缩放到更短的信道高度和更快的速度，而不会遇到现有设备中出现的限制性能的不利的短通道效应。[2] 然而，在二维单层材料应用于实际电子器件的过程中，还存在着一些基本的问题亟需去解决。首先，以大面积石墨烯作为电子通道的场效应管，由于石墨烯是具有零带隙的半金属，因而晶体管本身不能被完全关闭。一般而言，在电子线路中，为了获得大的电导开--关比，材料本身需要具有一个较大电子能隙Eg。理想情况下，这个电子能隙Eg值应该在硅的能隙值附近，大约在1.1 eV左右。为了在单层石墨烯中获得适当的能隙值，通常采用将石墨烯切割成一条条的具有一定宽度的纳米带（简称石墨烯纳米带，GNRs）。然而，石墨烯纳米带能隙的大小强烈地依赖于纳米带的宽度和边缘形状。[3] 通常，石墨烯纳米带的宽度要小于5 nm才能获得足够大的能隙文献综述，这么小宽度的纳米带也给生产制备带来了挑战和困难。其次，无论是二维六方氮化硼片薄片还是边缘氢钝化的六方氮化硼片纳米带，由于都是宽带隙半导体，所以室温下不适合作为场效应管的输运通道。最近实验上制备出了石墨烯与六方氮化硼混合共存的二维单层原子薄片（h-BNC），似乎提供了解决能隙问题的一种新思路。但是由于薄片中石墨烯与六方氮化硼的区域分布还不可控制，具有较大的随机性，因而在大规模制备具有相同电子性质的h-BNC薄片方面还存在困难。然而，从二维单层材料在未来电子设备和光电器件中的应用前景看，还是很有必要发展出某种方法能够持续调控它们的带隙。