Forskare vid University of Illinois i Chicago har upptäckt en väg för att förändra bornitrid, ett skiktat 2D-material, så att det kan binda till andra material, som de som finns inom elektronik, biosensorer och flygplan, till exempel. Att bättre kunna införliva bornitrid i dessa komponenter kan bidra till att dramatiskt förbättra deras prestanda.

Det vetenskapliga samfundet har länge varit intresserade av bornitrid på grund av dess unika egenskaper - det är starkt, ultratunna, transparent, isolerande, lätt och värmeledande—som, i teorin, gör det till ett perfekt material för användning av ingenjörer i en mängd olika applikationer. Dock, bornitrids naturliga motståndskraft mot kemikalier och bristen på molekylära bindningsställen på ytnivå har gjort det svårt för materialet att samverka med andra material som används i dessa applikationer.

UIC:s Vikas Berry och hans kollegor är de första att rapportera att behandling med en supersyra gör att bornitridskikt separeras till atomiskt tjocka ark, samtidigt som man skapar bindningsställen på ytan av dessa ark som ger möjligheter att samverka med nanopartiklar, molekyler och andra 2D nanomaterial, som grafen. Detta inkluderar nanoteknik som använder bornitrid för att isolera nanokretsar.

Deras resultat publiceras i ACS Nano , en tidskrift från American Chemical Society.

"Bornitrid är som en bunt mycket klibbiga papper i en ris, och genom att behandla denna ris med klorsulfonsyra, vi införde positiva laddningar på bornitridskikten som fick arken att stöta bort varandra och separera, sa Berry, docent och chef för kemiteknik vid UIC College of Engineering och motsvarande författare på tidningen.

Berry sa att "som magneter med samma polaritet, Dessa positivt laddade bornitridskivor stöter bort varandra.

"Vi visade att de positiva laddningarna på ytorna av de separerade bornitridskivorna gör det mer kemiskt aktivt, " Sa Berry. "Protonationen – tillägget av positiva laddningar till atomer – av inre och kantkväveatomer skapar en ställning som andra material kan binda till."

Berry sa att möjligheterna för bornitrid att förbättra kompositmaterial i nästa generations applikationer är enorma.

"Bor och kväve finns till vänster och höger om kol i det periodiska systemet och därför, bornitrid är isostrukturell och isoelektronisk till kolbaserad grafen, som anses vara ett "undermaterial", "" sa Berry. Detta betyder att dessa två material är lika i sin atomära kristallstruktur (isostrukturell) och sin totala elektrondensitet (isoelektrisk), han sa.

"Vi kan potentiellt använda detta material i alla typer av elektronik, som optoelektroniska och piezoelektriska enheter, och i många andra applikationer, från solcellspassiveringsskikt, som fungerar som filter för att endast absorbera vissa typer av ljus, till medicinsk diagnostikutrustning, " sa Berry.