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工程师首次创造双层硼烯

导读西北大学的工程师第一次创造了双层原子平面硼烯,这一壮举挑战了硼在单原子层限制之外形成非平面簇的自然趋势。尽管以其有前途的电子特性而

西北大学的工程师第一次创造了双层原子平面硼烯,这一壮举挑战了硼在单原子层限制之外形成非平面簇的自然趋势。

尽管以其有前途的电子特性而闻名,但硼烯——一种单原子层厚的硼片——在合成方面具有挑战性。与它的模拟二维材料石墨烯不同,石墨烯可以使用透明胶带等简单的东西从天然分层石墨上剥离,而硼烯不能仅仅从大块硼上剥离。相反,硼烯必须直接生长在基材上。

如果生长一层很困难,那么生长多层原子级平坦的硼烯似乎是不可能的。由于块状硼不像石墨那样分层,因此在单个原子层之外生长的硼会导致聚集而不是平面薄膜。

该研究的共同资深作者、西北大学的Mark C. Hersam说:“当你尝试生长更厚的层时,硼想要采用其整体结构。”“而不是保持原子平面,较厚的硼膜形成粒子和簇。关键是找到阻止簇形成的生长条件。直到现在,我们认为你不能超越一层。现在我们已经进入了单原子层和大块之间的未探索领域,从而为发现提供了新的游乐场。”

该研究将于 8 月 26 日发表在《自然材料》杂志上。

Hersam 是麦考密克工程学院材料科学与工程的 Walter P. Murphy 教授和材料研究科学与工程中心的主任。他还是西北大学国际纳米技术研究所和辛普森奎里研究所的成员。Hersam 与莱斯大学的 Karl F. Hasselmann 工程教授 Boris Yakobson 共同领导了这项工作。

五年前,Hersam 和他的合作者第一次创造了硼烯。硼烯比石墨烯更坚固、更轻、更灵活,有可能彻底改变电池、电子产品、传感器、太阳能电池和量子计算。尽管理论研究预测双层硼烯是可能的,但包括 Hersam 在内的许多研究人员并不相信。

“即使理论工作预测它的存在,制造新材料也具有挑战性,”赫萨姆说。“理论很少告诉你实现这种新结构所需的合成条件。”

Hersam 的团队发现,正确条件的关键是用于生长材料的基材。在这项研究中,Hersam 和他的同事在平坦的银色基材上培养了硼烯。当暴露在非常高的温度下时,银会在原子级台阶束之间形成非常平坦的大梯田。

“当我们在这些大而平坦的梯田上种植硼烯时,我们看到形成了第二层,”赫萨姆说。“在偶然的观察之后,我们有意将精力集中在这个方向上。当我们找到它时,我们并没有在寻找第二层。许多材料的发现都是以这种方式发生的,但当你偶然发现一些意想不到的东西时,你必须意识到这个机会。”

这种双层材料保持了硼烯的所有理想电子特性,同时提供了新的优势。例如,该材料包括两个原子层厚的薄片,它们之间有空间粘合在一起,可用于能量或化学存储。

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