大面積二維氮化硼薄膜成長與其滲透能發電之應用

Abstract

藍色能源維近年來眾所矚目的，新興可再生能源之一。藉由溶液間的濃度梯度，當堆疊具離子選擇性半透膜，即可釋放電化學位能，進而發電。 六方氮化硼於溶液中液化學吸附氫氧根離子，因此表面具高表面電荷密度。而帶高表面電荷材料會具高離子選擇性，使得其有良好的滲透能源發電功率。而二維材料的原子層厚度，使其有較低的電阻，亦可有更好的功率輸出。 本實驗利用化學氣相沉積法，製備大面積的單層氮化硼薄膜，藉由調控成長氣氛將六方氮化硼晶域尺寸提升三倍，從邊長3微米至邊長11微米。我們利用原子力顯微鏡、拉曼光譜儀、歐傑電子能普及穿透式電子顯微鏡，確保成長的六方氮化硼具高覆蓋率且為單原子層。進而利用高覆蓋率之單層六方氮化硼薄膜，於氮化矽視窗支撐膜上，結合氦離子束顯微鏡與穿透式電子顯微鏡，製備單一懸空二維奈米孔洞，作為滲透能發電裝置。而單一懸空六方氮化硼奈米孔洞裝置的滲透發電功率可達388 pW，與其他單孔結構相比，其輸出功率極高。 除此之外，本實驗所建立之懸空奈米孔洞製備方法，對於其他二維材料有高度相容性，可製備多種二維奈米孔洞。我們亦嘗試將具半導體特性之二維材料－二硫化鉬薄膜，整合至氮化矽視窗支撐膜。未來可進一步探討二維半導體材料中，自主閘控性質與電解液中離子傳輸行為。