单层六方氮化硼（h-BN）是一种由硼氮原子相互交错组成的sp2轨道杂化六边形网格二维晶体材料。在所有现已发现的范德瓦尔斯(van der Waals )单原子层二维材料（2D Materials）中，h-BN是一的绝缘体，因此其被认为是纳米电子器件中理想的超薄衬底或绝缘层材料。此外，h-BN还拥有较高的热稳定性及化学稳定性，使得它被广泛研究并应用于超薄抗氧化涂层。研究表明，h-BN在1100 ℃以下都能很好地发挥其稳定的抗氧化功效。

图1. 通过等离子体技术从甲烷中提取氢气到h-BN夹层中形成气泡

同石墨烯类似，h-BN的六边形网格在结构不被破坏的情况下可以阻止任何一种气体分子或原子穿透其平面，却对直径远小于原子的质子无能为力。这一有趣的特性使之能够被很好地应用于“选择性薄膜”、“质子交换膜”等能源领域。而在本文报道的研究中， 王浩敏研究员团队则巧妙地利用h-BN这一特性，结合等离子体技术，对碳氢化合物气体（甲烷、乙炔）、氩氢混合气进行了“氢提取”，并将其稳定地存储在h-BN表面的微纳气泡中（图1）。

图2. a: 六方氮化硼光学显微镜照片；b: 六方氮化硼34K与33K温度下的低温原子力显微镜形貌图，当温度34K时存在气泡（图中亮色部分）；c: 六方氮化硼气泡不同温度下的高度，当温度33K时气泡消失

低温原子力显微镜的测量结果（图2）证实了被六方氮化硼气泡包覆的气体确实是氢气。文章中，作者使用了一套attoAFM I低温原子力显微镜，显微镜可以在闭循环低温恒温器attoDRY1100（attoDRY2100系列）内被冷却到较低的液氦温度。在特定的测量温度下，原子力显微成像结果可以帮助研究者证实在33.2 K ± 3.9 K温度的时候气泡消失，证实了被包覆气体的消失。由于该转变温度与氢气的冷凝温度（33.18K）接近，该实验结果可以证明氢气气体存在与六方氮化硼气泡内。该工作成功地在六方氮化硼内存储了氢气，为未来氢气的存储提供了全新的方法。

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参考文献：

Haomin Wang et al, Isolating hydrogen in hexagonal boron nitride bubbles by a plasma treatment, Nat. Commun., 2019, 10, 2815.

二维材料为创建电子设备（例如晶体管和发光二极管）提供了令人兴奋的新平台。单原子厚的晶体家族包括金属，半导体和绝缘体。其中许多在环境条件下都是稳定的，其属性通常与三维尺寸的属性明显不同。即使将几层堆叠在一起也可以改变电子特性，使其适合于下一代电池，智能手机屏幕，探测器和太阳能电池等。更为神奇的是：甚至可以使用办公用品来自己动手制造二维材料。2010年诺贝尔物理学奖的获得者就是通过透明胶带剥离铅笔芯中的石墨来获得单原子厚度的石墨烯。

那么，为什么二维材料在现代电子产品中还没有广泛应用呢？因为原子厚的2-D晶体的制造良品率很低，并且它们的光学对比度范围很广，在显微镜下找到它们是一项繁琐的工作。

现在，由东京大学（University of Tokyo）领导的团队已成功地使用机器学习使该任务自动化。使用了许多带有各种照明的标记示例，以训练计算机检测薄片的轮廓和厚度，而不必微调显微镜参数。作者Satoru Masubuchi说：“通过使用机器学习而不是传统的基于规则的检测算法，我们的系统对于更改条件具有鲁棒性。

该方法可推广到许多其他二维材料，有时不需要任何附加数据。实际上，仅通过使用二碲化钨实例进行训练，该算法就能够检测二硒化钨和二硒化钼薄片。由于能够在不到200毫秒的时间内确定剥离样品的位置和厚度，因此该系统可以与电动光学显微镜集成在一起。

通讯作者Tomoki Machida说：“二维材料的自动搜索和分类将使研究人员只需通过剥离和运行自动算法即可测试大量样品。这将大大加快基于二维材料的新型电子设备的开发周期，并推进对二维电子中的超导性和铁磁性的研究。”

论文标题《Deep-learning-based image segmentation integrated with optical microscopy for automatically searching for two-dimensional materials》。

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