Il borofene è una forma allotropica del boro. Il boro è grafene rispetto al carbonio: un materiale cristallino “bidimensionale”, spesso solo un atomo. Per le sue notevoli proprietà elettriche, è considerato il “materiale miracoloso” per le batterie; La sua capacità di trasportare ioni e la sua conduttività elettrica consentono di visualizzare elevate capacità di immagazzinamento teoriche.

Materiale sintetico difficile da ottenere

Dalla prima sintesi del grafene nel 2004, i fisici sono riusciti a creare vari altri materiali costituiti da un unico strato di atomi, come silicene, fosforo o addirittura Metalli di transizione dicalcogenuri (come bisolfuro di molibdeno, MoS₂, o diseliniuro di tungsteno, WSe₂). Tutti mostrano proprietà atipiche, in particolare proprietà elettriche interessanti.

La forma multistrato di questi materiali sintetici è ampiamente studiata per modificare la struttura e le proprietà; Ma questo non è successo prima per il borofene fino ad ora. Più forte, più leggero e più flessibile del grafene, il borofene ha il potenziale per rivoluzionare le batterie, l’elettronica, i sensori, le celle solari e l’informatica quantistica.

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Ma la sintesi del borofene monostrato è già particolarmente sensibile. A differenza del grafene, che si può ottenere, tra le altre tecniche, per semplice peeling di un cristallo di grafite – che consiste nel strappare uno strato molto sottile di grafite con del nastro adesivo, e poi ripetere il processo su ogni campione così prodotto fino a un singolo strato di atomi Si ottiene – il borofene deve essere coltivato in laboratorio, su un substrato.

© H. Zhang et al. Lettere di ricerca sui materiali, 2017.

Le strutture pseudocristalline del borofene sono state ottenute sperimentalmente: (a) β12 borofene (υ1/6 foglia o foglia), (b) 3 borofene (υ1/5 foglia).

Le prime strutture del borofene Acquisita nel 2015, su superfici metalliche sotto vuoto molto spinto. Prodotto da Mark C. Hersam e dal suo team di Centro per la scienza dei materiali e la ricerca ingegneristica dalla Northwestern University. Ma non è facile separare il borofene dal substrato che lo supporta.

Doppio strato osservato su un substrato d’argento

Se la sintesi di monostrati di borofene è difficile, ancora più difficile è ottenere più strati di spessore di mais. ” Quando provi a far crescere uno strato più spesso, il boro vuole adottare la sua struttura di massa ”, spiega Mark C. Hersam in affermazione. In teoria, la sintesi di borofene multistrato era possibile, ma in pratica film di boro più spessi tendono a formare particelle e grumi, non strutture planari.

Quindi era necessario trovare un modo per prevenire la formazione di questi grappoli, in modo che il boro continuasse a crescere nelle membrane piatte. Una sfida che sembrava impossibile per Harsam e i suoi soci. ” È difficile creare una nuova sostanza, anche quando il lavoro teorico ne prevede l’esistenza. La teoria raramente ti dice le condizioni compositive necessarie per realizzare questa nuova struttura. ‘, sottolinea lo specialista Nel comunicato stampa. Ma alla fine il team ha scoperto che le condizioni ideali dipendevano in realtà dal substrato utilizzato.

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Nel loro nuovo studio pubblicato in materiali naturali, spiegano che sono cresciuti borofene su un substrato d’argento piatto; Tuttavia, ad una temperatura elevata, l’argento si raggruppa per formare vere e proprie “terrazze” larghe e piatte tra ogni grappolo. Mentre i ricercatori stavano cercando di coltivare boro su queste terrazze, sono stati in grado di osservare la formazione di un secondo strato. ” Non stavamo cercando il secondo strato quando l’abbiamo trovato Harsam riconosce.

Attenzione al design delle batterie al litio

Si è scoperto che il materiale ottenuto conservava tutte le proprietà elettroniche previste del borofene, mentre mostrava proprietà aggiuntive. Ad esempio, il materiale include due fogli dello spessore di un atomo, legati insieme e separati da uno spazio, che possono essere imbrigliati per immagazzinare energia o sostanze chimiche, come quelle utilizzate nelle batterie. ” La presenza di uno spazio tra gli strati fornisce un luogo per il contenimento degli ioni di litio spiega Harsam.

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Il team spera che questo lavoro prenda ispirazione da altri ricercatori e tenti di fabbricare strati più spessi di borofene, o creare doppi strati con diverse geometrie atomiche. Diamante, grafite, grafene e nanotubi di carbonio sono tutti basati su un unico elemento, il carbonio, con diverse geometrie; Quindi non è l’ideale pensare che il boro abbia la stessa capacità. ” Il boro sembra avere lo stesso potenziale, se non di più, del carbonio. Pensiamo di essere ancora nei primi capitoli della saga del boro 2D. ’ conclude Harsam Nel comunicato stampa.

Se questo materiale è promettente, non sarà sfruttato commercialmente per domani. È ancora costoso da produrre e il carbonio è ancora più abbondante del boro nella crosta terrestre.