新的电子材料:工程师们首次创造出双层硼氢化合物

来源:CNBETA  责任编辑:小易  

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如果生长一层是困难的,那么生长多层的原子平坦的硼酚似乎是不可能的。因为硼的物理性质不像石墨那样是分层的,超过单个原子层的硼的生长会带来簇状的形态而不是平面的薄膜。

西北大学的Mark C. Hersam(赫萨姆)是这项研究的共同资深作者,他说:"当你试图生长一个更厚的层时,硼想采用它的体积结构。"较厚的硼膜不是保持原子平坦,而是形成颗粒和团块。关键是要找到防止团块形成的生长条件。直到现在,我们还不认为你可以超过一层。现在我们已经进入了单层原子层和散装体之间的未探索领域,从而形成了一个新的发现的'游乐场'"。

该研究于2021年8月26日发表在《自然材料》杂志上。

五年前,赫萨姆和他的合作者首次创造出了硼氢化合物。比石墨烯更强、更轻、更有弹性,有望带来对电池、电子、传感器、太阳能电池和量子计算的革新。尽管理论研究预示着双电层的出现是可能的,但包括赫萨姆在内的许多研究人员原本并不相信。

"制造一种新材料是具有挑战性的,即使理论工作预测了它的存在,"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该材料的基质。在这项研究中,赫萨姆和他的同事们在一个平坦的银色基底上生长出了按捺不住的按捺物。当暴露在非常高的温度下时,银在成串的原子级台阶之间形成了异常平坦的大台阶。

Hersam说:"当我们在这些大的、平坦的'梯田'上生长硼酚时,我们看到了第二层的形成"。"在这一偶然的观察之后,我们有意将我们的努力集中在这个方向上。当我们发现第二层的时候,我们实际上并没有在寻找它。许多材料的发现都是以这种方式发生的,但是当你偶然发现一些意外的东西时,你必须意识到这里有机会。"

双层材料保持了硼酚的所有理想的电子特性,同时提供了新的优势。例如,这种材料由两个原子层厚的片状物粘合在一起,中间有空间,可用于能量或化学储存。已经有理论预测说,双层硼烷是一种有希望的电池材料。"层与层之间的空间提供了一个容纳锂离子的地方。赫萨姆的团队希望其他研究人员现在受到启发,继续生长更厚的硼烷层,或创造具有不同原子几何形状的双层。


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