Forskere stabiliserer atomisk tyndt bor til praktisk brug

Northwestern University forskere har, for første gang, skabt borophan - atomisk tyndt bor, der er stabilt ved standardtemperaturer og lufttryk.

Forskere har længe været begejstrede for løftet om borophen - et enkelt-atom-tykt ark af bor - på grund af dets styrke, fleksibilitet og elektronikegenskaber. Stærkere, lettere og mere fleksibel end grafen, borophen kunne potentielt revolutionere batterier, elektronik, sensorer, solcelleanlæg og kvantecomputere.

Desværre, borophen findes kun inde i et ultrahøjt vakuumkammer, begrænser dets praktiske anvendelse uden for laboratoriet. Ved at binde borophen med atomart brint, Northwestern-holdet skabte borofan, som har de samme spændende egenskaber som borophen og er stabil uden for et vakuum.

"Problemet er, at hvis du tager borophen ud af det ultrahøje vakuum og ud i luften, det oxiderer straks, " sagde Mark C. Hersam, der ledede forskningen. "Når det oxiderer, det er ikke længere borophen og er ikke længere ledende. Feltet vil fortsat blive forhindret i at udforske dets anvendelse i den virkelige verden, medmindre borophen kan gøres stabilt uden for et ultrahøjt vakuumkammer."

Forskningen vil blive offentliggjort den 12. marts i tidsskriftet Videnskab og vist på omslaget ("Syntese af borophanpolymorfer gennem hydrogenering af borophen"). Undersøgelsen markerer første gang, at forskere rapporterer syntesen af ​​borofan.

Hersam er Walter P. Murphy-professor i Materials Science and Engineering ved Northwesterns McCormick School of Engineering og direktør for Materials Research Science and Engineering Center.

Selvom borophen ofte sammenlignes med sin supermateriale forgænger grafen, borophen er meget sværere at skabe. Grafen er den atomare tynde version af grafit, et lagdelt materiale, der omfatter stakke af todimensionelle ark. For at fjerne et todimensionelt lag fra grafit, videnskabsmænd skræller det simpelthen af.

bor, på den anden side, er ikke lagdelt, når det er i masseform. Fem år siden, Hersam og samarbejdspartnere skabte borophen for første gang ved at dyrke det direkte på et substrat. Det resulterende materiale, imidlertid, var meget reaktiv, gør det sårbart over for oxidation.

"Boratomerne i borophen er meget modtagelige for yderligere kemiske reaktioner, " sagde Hersam. "Vi fandt ud af, at når bor-atomerne er bundet med brint, de vil ikke længere reagere med ilt, når de er i fri luft."

Nu hvor borofan kan tages ud i den virkelige verden, Hersam sagde, at forskere hurtigere vil være i stand til at udforske borofans egenskaber og dets potentielle anvendelser.

"Materialesyntese er lidt ligesom bagning, " sagde Hersam. "Når du kender opskriften, det er ikke svært at replikere. Imidlertid, hvis din opskrift bare er lidt dårligere, så kan det endelige produkt floppe frygteligt. Ved at dele den optimale opskrift på borofan med verden, vi forventer, at brugen af ​​det hurtigt vil sprede sig."