纳米技术：数字般的平硼，研究人员制作新的二维材料需要什么？
可以通过莱斯大学科学家在一篇新论文中提出的几种理论方法来制作可以从基底上提起的二维硼片。他们说，这种材料可能是石墨烯和其他二维电子材料的有用补充。图片来源：Evgeni Penev /莱斯大学。
如果实验室努力从碳原子中种植石墨烯，那么这将是一件非常糟糕的事情。
莱斯大学的理论物理学家鲍里斯雅科布森笑着说，“这将是一件麻烦事，清理掉钻石以便你做一些真正的工作。”
然而，类似的事情不断发生在致力于生长二维硼的实验主义者身上。硼原子非常倾向于聚集成三维形状而不是组装成原始的单原子片，就像碳成为石墨烯时那样。而硼团块并不像闪闪发光。
Yakobson和他的Rice同事通过理论工作在二维硼方面取得了进展，这些工作提出了制造材料并使其发挥作用的最实用的方法。该组早些时候的计算表明，2-D天生就会比石墨烯更好地导电。
通过硼原子与各种底物相互作用的第一原理计算，该团队提出了实验家可能采用的二维硼的几种可能路径。Yakobson认为这项工作可能指向其他有用的二维材料。
赖斯团队的研究结果将于本周出现在Angewandte Chemie国际版期刊上。水稻研究生Yuanyue Liu和研究科学家Evgeni Penev是该论文的共同作者。
Yakobson的实验室去年在Nano Letters的一篇论文中首次报道，与石墨烯不同，滚入纳米管的二维硼总是金属的。与石墨烯不同，原子排列可以在不改变材料性质的情况下改变。二维硼由三角形组成，而不是在完美的石墨烯片中稳定的六边形等级和文件。但硼可能会有空位 - 缺少原子 - 而不影响其性质。
这就是理论。剩下的问题是如何制作东西！
“我们或许如此接近，”佩内夫说。“我们在这里设想了一种类似于石墨烯的材料，但无论采用何种形式，它都始终具有导电性。我们现在所做的是探索将我们的理论与现实联系起来的不同可能性。”
他们计算出，最好的方法可能是将硼掺入带有银或金基质的炉子中，这种过程称为化学气相沉积，通常用于制造石墨烯。Penev说，基质很重要，因为原子必须溢出到表面并粘住，但不能太强烈。
“你必须有一个不想溶解硼的基质，”他说。“另一方面，你需要一种不会结合得太强的基材。你应该能够分离硼层。”然后，像石墨烯一样，这些原子厚的硼片可以应用于其他表面进行测试，并最终用于应用。该研究还计算了通过饱和硼化物基底表面上的硼原子以及金属硼化物中金属原子的蒸发来形成片材的方法，所述金属硼化物仅在片材中留下目标原子。
“这篇论文的第一作者刘说，”硼有很多原因可以引起人们的兴趣。“ “硼在周期表中是碳的邻居，少了一个电子，这可能带来许多新的物理和化学，特别是在纳米尺度上。例如，2-D硼比石墨烯更具导电性，因为它具有独特的电子结构和原子安排。
“事实上，比较（硼）与石墨烯是非常有帮助的，”他说。“最先进的石墨烯合成方法为我们提供了探索二维硼合成的良好模板。”
雅各布森正在思考超越当前工作的一步。“赖斯和其他地方有许多团体在研究二维硼，”他说。“为了欣赏这项工作，你必须退后一步，将其与石墨烯进行对比;从某种意义上说，石墨烯的合成是微不足道的。
“为什么？因为石墨烯是上帝给予的材料，”他说。“它形成了碳原子的全球最小值（能量）- 它们随意地去了那里。但硼是一个不同的故事。它没有平面形式作为全局最小值，这使它成为一个非常微妙的问题。工作就是我们试图用它来制造一个二维图案，而不是三个。”
现在寻找不同质量的二维材料; 来自Rice的另一篇关于杂化石墨烯 - 六方氮化硼的新论文表明，需要二维半导体来补充材料的导电和绝缘元素。雅各布森希望他的研究可以作为其他新材料实用路线的指南。“现在人们对各种二维材料越来越感兴趣，这可能是一个模板，”他说。
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