納米技術：數字般的平硼，研究人員製作新的二維材料需要什麼？
可以通過萊斯大學科學家在一篇新論文中提出的幾種理論方法來製作可以從基底上提起的二維硼片。他們說，這種材料可能是石墨烯和其他二維電子材料的有用補充。圖片來源：Evgeni Penev /萊斯大學。
如果實驗室努力從碳原子中種植石墨烯，那麼這將是一件非常糟糕的事情。
萊斯大學的理論物理學家鮑里斯雅科布森笑著說，“這將是一件麻煩事，清理掉鑽石以便你做一些真正的工作。”
然而，類似的事情不斷髮生在致力於生長二維硼的實驗主義者身上。硼原子非常傾向於聚集成三維形狀而不是組裝成原始的單原子片，就像碳成為石墨烯時那樣。而硼團塊並不像閃閃發光。
Yakobson和他的Rice同事通過理論工作在二維硼方面取得了進展，這些工作提出了製造材料並使其發揮作用的最實用的方法。該組早些時候的計算表明，2-D天生就會比石墨烯更好地導電。
通過硼原子與各種底物相互作用的第一原理計算，該團隊提出了實驗家可能採用的二維硼的幾種可能路徑。Yakobson認為這項工作可能指向其他有用的二維材料。
賴斯團隊的研究結果將於本週出現在Angewandte Chemie國際版期刊上。水稻研究生Yuanyue Liu和研究科學家Evgeni Penev是該論文的共同作者。
Yakobson的實驗室去年在Nano Letters的一篇論文中首次報道，與石墨烯不同，滾入納米管的二維硼總是金屬的。與石墨烯不同，原子排列可以在不改變材料性質的情況下改變。二維硼由三角形組成，而不是在完美的石墨烯片中穩定的六邊形等級和文件。但硼可能會有空位 - 缺少原子 - 而不影響其性質。
這就是理論。剩下的問題是如何製作東西！
“我們或許如此接近，”佩內夫說。“我們在這裡設想了一種類似於石墨烯的材料，但無論採用何種形式，它都始終具有導電性。我們現在所做的是探索將我們的理論與現實聯繫起來的不同可能性。”
他們計算出，最好的方法可能是將硼摻入帶有銀或金基質的爐子中，這種過程稱為化學氣相沉積，通常用於製造石墨烯。Penev說，基質很重要，因為原子必須溢出到表面並粘住，但不能太強烈。
“你必須有一個不想溶解硼的基質，”他說。“另一方面，你需要一種不會結合得太強的基材。你應該能夠分離硼層。”然後，像石墨烯一樣，這些原子厚的硼片可以應用於其他表面進行測試，並最終用於應用。該研究還計算了通過飽和硼化物基底表面上的硼原子以及金屬硼化物中金屬原子的蒸發來形成片材的方法，所述金屬硼化物僅在片材中留下目標原子。
“這篇論文的第一作者劉說，”硼有很多原因可以引起人們的興趣。“ “硼在週期表中是碳的鄰居，少了一個電子，這可能帶來許多新的物理和化學，特別是在納米尺度上。例如，2-D硼比石墨烯更具導電性，因為它具有獨特的電子結構和原子安排。
“事實上，比較（硼）與石墨烯是非常有幫助的，”他說。“最先進的石墨烯合成方法為我們提供了探索二維硼合成的良好模板。”
雅各布森正在思考超越當前工作的一步。“賴斯和其他地方有許多團體在研究二維硼，”他說。“為了欣賞這項工作，你必須退後一步，將其與石墨烯進行對比;從某種意義上說，石墨烯的合成是微不足道的。
“為什麼？因為石墨烯是上帝給予的材料，”他說。“它形成了碳原子的全球最小值（能量）- 它們隨意地去了那裡。但硼是一個不同的故事。它沒有平面形式作為全局最小值，這使它成為一個非常微妙的問題。工作就是我們試圖用它來製造一個二維圖案，而不是三個。”
現在尋找不同質量的二維材料; 來自Rice的另一篇關於雜化石墨烯 - 六方氮化硼的新論文表明，需要二維半導體來補充材料的導電和絕緣元素。雅各布森希望他的研究可以作為其他新材料實用路線的指南。“現在人們對各種二維材料越來越感興趣，這可能是一個模板，”他說。
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