六方氮化硼（h-BN）材料具有超高熱導和電絕緣性、獨特的光電性能、熱穩定性和化學惰性，在超高導熱、紫外光源及探測等領域有很大的應用潛力。

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圖1 (a) h-BN晶體的光學顯微鏡照片，（b）h-BN薄膜的照片

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近年來，h-BN中的同位素效應吸引了越來越多研究者的興趣。天然的h-BN中，硼元素由2種穩定的同位素（10B和11B）構成，天然占比分別為19.9 %和80.1 %；氮元素由2種穩定的同位素（14N和15N）構成，天然占比分別為99.6 %和0.4 %。同位素特別是B同位素紊亂將影響h-BN的眾多物理性質，比如造成額外的聲子散射而影響熱導率。通過同位素工程，可以得到純化后的h-10BN和h-11BN，其室溫熱導率提高約40%，聲子極化子壽命也提高一個數量級。此外，10B同位素具有非常大的熱中子捕獲截面，基于10B富集（99.9％）h-BN的中子探測器是迄今為止固態探測器中探測效率最高（51.4％）的，有望替代3He管中子探測器。從基礎研究的角度出發，h-BN是廣泛采用的二維材料器件襯底材料；B同位素純化可以調整h-BN的電子密度分布及層間范德華(vdW)相互作用。h-BN中的同位素工程，有望成為調控二維材料異質結性質的一個新的自由度。

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基于以上研究背景，北京大學材料科學與工程學院劉磊研究員課題組結合高溫化學氣相沉積和單質金屬助熔劑法，制備出高質量、大尺寸h-BN單晶（最大晶疇尺寸~ 0.5 mm）以及厘米級連續薄膜，進一步實現了h-BN材料中硼同位素的精準調控，揭示了同位素純化后的超高熱導（830 W m-1 K-1）。這一生長技術的突破，對基于h-BN的高熱導應用、固態中子探測、二維材料物理及器件研究等方面具有重要意義。該研究成果已在Nanoscale（2021, 13, 11223）發表。

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來源：北京大學新聞網，原文鏈接：https://news.pku.edu.cn/jxky/5246f9879d8c421295c58d8d69c383e1.htm

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