Forskare från Rice University har fastställt att fortfarande-teoretisk tvådimensionell bor skulle justera dess form beroende på substratet som används i tillväxtprocessen. De fann att ett kopparsubstrat skulle vara bäst för att odla platt bor i en kemisk ångavsättningsugn. Upphovsman:Zhuzha Zhang/Rice University
Forskare från Rice University har teoretiskt bestämt att egenskaperna hos atomtjocka borark beror på var dessa atomer landar.
Beräkning av atom-för-atomenergier som är involverade i att skapa ett borark avslöjade att metallsubstratet-ytan på vilket tvådimensionella material odlas i en kemisk ångavsättning (CVD) ugn-skulle göra hela skillnaden.
Teoretisk fysiker Boris Yakobson och hans Rice-kollegor fann i tidigare arbeten att CVD förmodligen är det bästa sättet att göra högledande 2-D-bor och att guld eller silver kan vara de bästa substraten.
Men deras nya beräkningar visar att det kan vara möjligt att styra bildandet av 2-D-bor genom att skräddarsy bor-metall-interaktioner. De upptäckte att koppar, ett vanligt substrat för grafentillväxt, kan vara bäst att skaffa platt bor, medan andra metaller skulle styra det resulterande materialet på sina unika sätt.
Rislagets resultat visas idag i tidningen Angewandte Chemie .
"Om du gör 2-D-bor på koppar, du får något annat än om du gjorde det på guld eller silver eller nickel, "sade Zhuhua Zhang, en postdoktoral forskare och huvudförfattare till uppsatsen. "Faktiskt, du skulle få ett annat material för vart och ett av dessa substrat. "
Tvådimensionell bor skulle ha olika former, beroende på substratet som används vid tillväxt av kemisk ångavsättning, enligt forskare från Rice University. Upphovsman:Zhuzha Zhang/Rice University
Vid kemisk ångavsättning, uppvärmda gaser avsätter atomer på substratet, där de helst bildar ett önskat gitter. I grafen och bornitrid, atomer bosätter sig i platta sexkantiga matriser oavsett substrat. Men bor, fann forskarna, är det första kända 2-D-materialet som skulle variera dess struktur baserat på interaktioner med substratet.
Perfekt platt bor skulle vara ett rutnät av trianglar med enstaka hexagoner där atomer saknas. Forskarna körde beräkningar på mer än 300 bor-metallkombinationer. De fann att atommönstret i en kopparyta matchade fint med 2-D-bor och styrkan i deras interaktioner skulle hjälpa till att hålla boret plant. Ett nickelsubstrat skulle fungera nästan lika bra, de hittade.
På guld och silver, de bestämde svaga atomiska interaktioner skulle tillåta boret att spänna. I en förlängning, de teoretiserade att naturligt bildande, 12-atomiga ikosahedroner av bor skulle samlas i sammanlänkade ark på koppar och nickel, om borförsörjningen var tillräckligt hög.
En återstående nackdelen med 2-D-bor är att, till skillnad från grafen, det kommer att förbli svårt att skilja från dess substrat, som är nödvändig för användning i applikationer.
Men den starka vidhäftningen kan ha en sidofördel. Ytterligare beräkningar föreslog att bor på guld eller nickel kan konkurrera med platina som en katalysator för väteutvecklingsreaktioner i applikationer som bränsleceller.
"År 2007 förutspådde vi möjligheten till rena bor -fullerener, "Sa Yakobson." Sju år senare, den första observerades i ett laboratorium. Den här gången, med den enorma uppmärksamhet forskare ger till 2-D-material, Jag hoppas att något laboratorium runt om i världen kommer att göra 2-D-bor mycket tidigare. "
