Wetenschappers van Rice University hebben theoretisch vastgesteld dat de eigenschappen van atoomdikke platen van boor afhangen van waar die atomen landen.

Berekening van de atoom-voor-atoom-energieën die betrokken zijn bij het maken van een boorplaat, onthulde dat het metalen substraat - het oppervlak waarop tweedimensionale materialen worden gekweekt in een oven voor chemische dampafzetting (CVD) - het verschil zou maken.

Theoretisch fysicus Boris Yakobson en zijn Rice-collega's ontdekten in eerder werk dat CVD waarschijnlijk de beste manier is om sterk geleidend 2-D boor te maken en dat goud of zilver misschien wel de beste substraten zijn.

Maar hun nieuwe berekeningen laten zien dat het mogelijk is om de vorming van 2-D boor te sturen door boor-metaal-interacties op maat te maken. Ze ontdekten dat koper, een veelvoorkomend substraat in grafeengroei, is misschien het beste om plat boor te verkrijgen, terwijl andere metalen het resulterende materiaal op hun unieke manier zouden leiden.

De resultaten van het Rice-team verschijnen vandaag in het tijdschrift Angewandte Chemie .

"Als je 2-D boor op koper maakt, je krijgt iets anders dan wanneer je het op goud of zilver of nikkel maakt, " zei Zhuhua Zhang, een postdoctoraal onderzoeker van Rice en hoofdauteur van het artikel. "In feite, je zou met elk van die substraten een ander materiaal krijgen."

Bij chemische dampafzetting, verwarmde gassen zetten atomen af ​​op het substraat, waar ze idealiter een gewenst rooster vormen. In grafeen en boornitride, atomen vestigen zich in platte hexagonale arrays, ongeacht het substraat. maar boor, vonden de onderzoekers, is het eerste bekende 2D-materiaal waarvan de structuur zou variëren op basis van interacties met het substraat.

Perfect vlak boor zou een raster van driehoeken zijn met af en toe zeshoeken waar atomen ontbreken. De onderzoekers hebben berekeningen uitgevoerd op meer dan 300 boor-metaalcombinaties. Ze ontdekten dat het patroon van atomen in een koperen oppervlak mooi overeenkomt met 2-D boor en de kracht van hun interacties zou helpen om het boor plat te houden. Een nikkelsubstraat zou bijna net zo goed werken, ze vonden.

Over goud en zilver, ze bepaalden dat zwakke atomaire interacties het boor zouden laten knikken. In een extensie, ze theoretiseerden dat natuurlijke vorming, 12-atoom icosaëders van boor zouden samenvoegen tot onderling verbonden platen op koper en nikkel, als de boorvoorraad hoog genoeg was.

Een overblijvend nadeel van 2-D boor is dat, in tegenstelling tot grafeen, het blijft moeilijk te scheiden van zijn substraat, die nodig is voor gebruik in toepassingen.

Maar die sterke hechting kan een bijkomend voordeel hebben. Verdere berekeningen suggereerden dat boor op goud of nikkel kan wedijveren met platina als katalysator voor waterstofontwikkelingsreacties in toepassingen zoals brandstofcellen.

"In 2007 voorspelden we de mogelijkheid van pure boorfullerenen, " zei Yakobson. "Zeven jaar later, de eerste werd waargenomen in een laboratorium. Deze keer, met de enorme aandacht die onderzoekers besteden aan 2D-materialen, Ik hoop dat een laboratorium over de hele wereld veel eerder 2D-borium zal maken."