For 2-D bor, det hele handler om den base

Rice University-forskere har teoretisk bestemt, at egenskaberne af atomtykke ark af bor afhænger af, hvor disse atomer lander.

Beregning af atom-for-atom-energierne involveret i at skabe et ark af bor afslørede, at metalsubstratet - overfladen, hvorpå todimensionelle materialer dyrkes i en kemisk dampaflejringsovn (CVD) - ville gøre hele forskellen.

Teoretisk fysiker Boris Yakobson og hans Rice-kolleger fandt i tidligere arbejde, at CVD sandsynligvis er den bedste måde at fremstille stærkt ledende 2-D bor på, og at guld eller sølv kan være de bedste substrater.

Men deres nye beregninger viser, at det kan være muligt at styre dannelsen af ​​2-D bor ved at skræddersy bor-metal-interaktioner. De opdagede, at kobber, et almindeligt substrat i grafenvækst, kan være bedst at få flad bor, mens andre metaller ville lede det resulterende materiale på deres unikke måder.

Rice-holdets resultater vises i dag i journalen Angewandte Chemie .

"Hvis du laver 2-D bor på kobber, du får noget andet, end hvis du lavede det på guld eller sølv eller nikkel, " sagde Zhuhua Zhang, en Rice postdoc-forsker og hovedforfatter af papiret. "Faktisk, du ville få et andet materiale med hvert af disse substrater."

Ved kemisk dampaflejring, opvarmede gasser afsætter atomer på substratet, hvor de ideelt set danner et ønsket gitter. I grafen og bornitrid, atomer sætter sig i flade sekskantede arrays uanset substratet. Men bor, fandt forskerne, er det første kendte 2-D-materiale, der ville variere sin struktur baseret på interaktioner med substratet.

Perfekt fladt bor ville være et gitter af trekanter med lejlighedsvise sekskanter, hvor der mangler atomer. Forskerne udførte beregninger på mere end 300 bor-metal-kombinationer. De fandt, at mønstret af atomer i en kobberoverflade passer fint sammen med 2-D bor, og styrken af ​​deres interaktioner ville hjælpe med at holde boren flad. Et nikkelsubstrat ville fungere næsten lige så godt, de fandt.

På guld og sølv, de fastslog, at svage atomare interaktioner ville gøre det muligt for boret at spænde. I forlængelse, de teoretiserede, at naturlig dannelse, 12-atomiske icosaeder af bor ville samles til indbyrdes forbundne plader på kobber og nikkel, hvis bortilførslen var høj nok.

En resterende ulempe ved 2-D bor er, at i modsætning til grafen, det vil forblive svært at adskille fra sit substrat, som er nødvendig for brug i applikationer.

Men den stærke vedhæftning kan have en sidegevinst. Yderligere beregninger foreslået bor på guld eller nikkel kan konkurrere med platin som en katalysator for hydrogenudviklingsreaktioner i applikationer som brændselsceller.

"I 2007 forudsagde vi muligheden for rene bor fullerener, " sagde Yakobson. "Syv år senere, den første blev observeret i et laboratorium. Denne gang, med den enorme opmærksomhed, forskere giver til 2D-materialer, Jeg håber, at et laboratorium rundt om i verden vil lave 2-D bor meget hurtigere."