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硼烯的实验制备及其在传感器件方面的应用

陈士蕃, 刘毅, 刘相, 田潜, 台国安

化学进展, 2024, 36(8): 1119-1133. DOI: 10.7536/PC240122

Material	Sensitivity (%)	Response (s) / Recovery (s)	RH range (%)	ref
Graphene	0.3	0.6/0.4	1~96	98
rGO	20.4	180/Irreversible	10~100	99
Black phosphorus	521	101/26	11~97	100
MoS₂	2327	140/80	17.2~89.5	101
α'-4H-Borophene	150	2.3/0.7	67~85	85
Borophene-graphene	4200	10.5/8.3	0~85	85
Borophene-BC₂N	22 001	11.82/1.41	11~97	97

表3 典型二维材料电阻式湿度传感器的性能对比^{[85,97⇓⇓⇓~101]}

本文的其它图/表

表1 新型二维材料的特点和应用^{[15⇓⇓⇓⇓⇓~21]}
图1 γ-B₂₈硼烯的示意图及物理特性表征：（a）γ-B₂₈硼烯的制备与结构示意图；（b）AFM图像；（c）FFT图像；（d）紫外-可见（UV-Vis）吸收光谱；（e）室温光致发光（PL）光谱^[61]
图2 Ag（111）衬底上生长硼烯：（a）制备硼烯的MBE装置示意图；（b）~（g）硼烯的STM图像（左）和闭环dI/dV图（右） ^[71]
图3 云母衬底上硼烯的晶体结构：（a）硼烯和云母的原子结构图；（b）α′-2H硼烯的结构；（c）硼烯的AFM图像；（d）硼烯的HRTEM图像；（e）硼烯的TEM图像。插图为相应的SAED图像^[80]
图4 在DMF（a, b）和IPA（c, d）中进行尖端超声处理4 h后，分别在5000 r/min下离心30 min，所制备的少层B纳米片的典型TEM图像。（a）、（c）和（d）的插图显示了所选区域相应的FFT模式^[81]
图5 原位热分解合成αʹ-4H-硼烯：（a）SEM图像；（b）扫描电镜测得的80张纳米片横向尺寸统计数据；（c）AFM图像；（d）低分辨率TEM图像；（e）HRTEM图像和相应的SAED图像；（f）对（e）中红色矩形区域提取的FFT模式进行重构后的HRTEM图像^[83]
图6 硼烯-石墨烯异质结构的形貌和结晶度：（a~c）少层石墨烯、硼烯和硼烯-石墨烯异质结构的SEM图像；（d）典型异质结构的低分辨率TEM图像；（e）硼烯的低分辨率TEM图像；（f）从（e）中绿色矩形区域提取的HRTEM图像。插图为从计算模型中提取的相应SAED图像和HRTEM图；（g~i）异质结构的STEM-HAADF-EDS元素映射^[85]
图7 （a~e）硼烯表面气体吸附（CO、NO、CO₂、NO₂、NH₃）的电荷密度差图。红色表面表示电子获得，蓝色表面表示电子损失；（f）零偏压传输原始硼烯和硼烯+气体系统；（g）硼烯单层随不同吸附气体分子变化的I-V特性曲线^[86]
图8 硼烯气体传感器：（a）不同NO₂浓度下的响应；（b）低NO₂浓度时的响应^[92]
表2 典型二维材料气体传感器的性能对比^{[87⇓⇓⇓⇓~92]}
图9 硼烯压力传感器：（a）硼烯压力传感器的制造流程图；（b）静态压力下器件的响应；（c）传感器的灵敏度^[93]
图10 硼烯-石墨烯异质结构湿度传感器：（a）基于硼烯-石墨烯异质结的传感器示意图；（b）不同相对湿度下异质结构传感器的湿度传感行为；（c）暴露于不同相对湿度下的异质结构传感器的灵敏度；（d）异质结构传感器在85% RH下的响应和恢复曲线；（e）PET衬底上弯曲异质结构传感器的示意图；（f）无弯曲应变和有弯曲应变时传感器的响应曲线^[85]
图11 硼烯-BC₂N异质结构湿度传感器：（a）不同相对湿度下传感器的实时响应；（b）不同相对湿度下的长效响应；（c）指尖接近不同距离时传感器的实时电流曲线^[97]
图12 硼烯领域的研究展望

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