压分别 达到lxl(T 6、lxl(r5和lxl(T3帕，保持20分钟。使用不同的分子气压条件将得到不同厚度的 二维碳氮单晶合金材料。
[0110] 4.维持铜单晶的温度
[0111] 保持衬底的温度约30分钟，即完成新型二维碳氮单晶合金材料的制备。
[0112] 通过实施例2所述的方法在lxl(T6、lxl(r5和lxl(T 3帕制备出的产品的扫描隧道显 微镜图分别如图7(a)、化）、（C)所示，可W看出在所述不同气压下生长的二维碳氮单晶合 金均具有稳定的周期结构，通过图像中所给标尺，测量后可W得到晶格常数为0.44纳米， 说明氮有序的惨杂在所述的二维碳氮单晶合金中。
[011引 实施例3
[0114] 在本实施例中，前驱体材料为五氯化巧分子，铜单晶为（111)晶面，氮离子姗射装 置为Omicron公司的ISE5Ion Source,仪器为化eatec公司的扫描隧道显微镜装置中的分 子束外延的样品制备腔体。
[0115] 进行W下步骤：
[011引1.对铜（111)单晶表面处理，得到干净的金属单晶表面
[0117] 将清洗干净的单晶铜放入真空腔内，利用氮离子姗射装置对单晶铜表面进行处 理，氮离子姗射的基本真空条件为lxl(T中a,加速电压为化V，处理时间为20分钟左右。氮 离子姗射处理后的样品再在500度退火。上述方法即可处理出原子级平整的衬底表面。处 理完后的衬底表面可W用低能电子衍射W及扫描隧道显微镜进行观察。如果表面平整度或 洁净度不理想，可多次循环上述步骤。
[0118] 2.对所述处理后的铜单晶衬底进行加热
[0119] 将处理好的单晶衬底送至制样室，并分别缓慢加热至300度和500度，维持约30 分钟。
[0120] 3.在所述加热后的铜单晶衬底表面沉积五氯化巧分子
[0121] 前驱体五氯化巧分子在纯化后，在样品室缓慢加热至100度左右，此时样品室中 的前驱体分子为气态。通过微漏阀将前驱体分子缓慢放入真空腔室内，使制样室气压达到 1x10^帕，保持20分钟。
[0122] 4.维持铜单晶的温度
[0123] 保持衬底的温度约20分钟，即完成新型二维碳氮单晶合金材料的制备。
[0124] 通过实施例3所述的方法在300度和500度制备出的产品的扫描隧道显微镜图分 别如图7(b)和图8所示，可W看出在所述不同温度下生长的二维碳氮单晶合金均具有稳定 的周期结构，通过图像中所给标尺，测量后可W得到晶格常数为0.44纳米，说明氮有序的 惨杂在所述的二维碳氮单晶合金中。图8的周期性不如图7(b)的周期性好说明不同温度 可W影响二维碳氮单晶合金的合成质量。
[0125] 实施例4
[0126] 在本实施例中，前驱体材料为五氯化巧分子，铜单晶为（111)晶面，氮离子姗射装 置为Omicron公司的ISE5Ion Source,仪器为化eatec公司的扫描隧道显微镜装置中的分 子束外延的样品制备腔体。
[0127] 进行W下步骤：
[012引 1.对铜（111)单晶表面处理，得到干净的金属单晶表面
[0129] 将清洗干净的单晶铜放入真空腔内，利用氮离子姗射装置对单晶铜表面进行处 理，氮离子姗射的基本真空条件为lxl(T中a,加速电压为化V，处理时间为20分钟左右。氮 离子姗射处理后的样品再在500度退火。上述方法即可处理出原子级平整的衬底表面。处 理完后的衬底表面可W用低能电子衍射W及扫描隧道显微镜进行观察。如果表面平整度或 洁净度不理想，可多次循环上述步骤。
[0130] 2.对所述处理后的铜单晶衬底进行加热
[0131] 将处理好的单晶衬底送至制样室，并缓慢加热至300度左右，维持约30分钟。
[0132] 3.在所述加热后的铜单晶衬底表面沉积五氯化巧分子
[0133] 前驱体五氯化巧分子在纯化后，在样品室缓慢加热至100度左右，此时样品室中 的前驱体分子为气态。通过微漏阀将前驱体分子缓慢放入真空腔室内，使制样室气压达到 1x10^帕，分别保持10分钟和20分钟。
[0134] 4.维持铜单晶的温度
[0135] 保持衬底的温度30分钟，即完成新型二维碳氮单晶合金材料的制备。
[0136] 通过实施例4所述的方法保持10分钟和20分钟制备出的产品的扫描隧道显微镜 图分别如图9和图7(b)所示，可W看出在所述不同时间下生长的二维碳氮单晶合金均具有 稳定的周期结构，通过图像中所给标尺，测量后可W得到晶格常数为0.44纳米，说明氮有 序的惨杂在所述的二维碳氮单晶合金中。
[0137] W上所述的具体实施方法，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了详细说 明。所应理解的是，W上所述仅为本发明的具体实施例而己，并不用于限制本发明，凡在本 发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范 围之内。
【主权项】
1. 一种二维碳氮单晶合金，所述二维碳氮单晶合金包含石墨烯的碳骨架和掺杂氮原 子，其中所述掺杂氮原子在所述石墨烯的碳骨架中取代部分碳原子形成氮的二维超晶格结 构，所述超晶格的晶格大小为0. 4纳米至0. 5纳米。
2. 权利要求1所述的二维碳氮单晶合金，其中所述超晶格基本上由六方晶格构成。
3. 权利要求1所述的二维碳氮单晶合金，其中氮原子有序掺杂在石墨烯的骨架中。
4. 一种二维碳氮单晶合金的制备方法，所述方法包括以下步骤： a) 对金属衬底表面进行处理，以获得平整干净的表面； b) 加热所述平整干净的表面； c) 在所加热的表面上沉积一层前驱体分子； d) 继续加热维持温度以形成二维碳氮单晶合金； 其中所述前驱体分子为全卤代吡啶分子。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中所述金属衬底为铜。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中所述铜衬底的表面为（111)晶面。
7. 根据权利要求4所述的方法，其中在步骤b)中加热所述平整干净的表面至100至 400。。。
8. 根据权利要求4所述的方法，其中步骤a)-d)在高真空环境完成，真空度为IXKT3 至IXKT8帕。
9. 根据权利要求4所述的方法，其中在沉积前驱体分子时，将前驱体分子的气压控制 在1帕至IXKT7帕。
10. 根据权利要求4所述的方法，其中步骤d)中的加热持续5分钟至2小时。
【专利摘要】本发明提供一种二维碳氮单晶合金，所述二维碳氮单晶合金包含石墨烯的碳骨架和掺杂氮原子，其中所述掺杂氮原子在所述石墨烯的碳骨架中取代部分碳原子形成氮的二维超晶格结构，所述超晶格的晶格大小为0.4纳米至0.5纳米。本发明还提供一种二维碳氮单晶合金的制备方法，所述方法包括以下步骤：a)对金属衬底表面进行处理，以获得平整干净的表面；b)加热所述平整干净的表面；c)在所加热的表面上沉积一层前驱体分子；d)继续加热维持温度以形成二维碳氮单晶合金；其中所述前驱体分子为全卤代吡啶分子。
【IPC分类】C30B29-52, C30B25-00, C30B29-60
【公开号】CN104630894
【申请号】CN201310557207
【发明人】曾长淦, 张振宇, 张汇, 崔萍
【申请人】中国科学技术大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2013年11月11日