Gli scienziati della Rice University hanno determinato che il boro bidimensionale, ancora teorico, regolerebbe la sua forma a seconda del substrato utilizzato nel processo di crescita. Hanno scoperto che un substrato di rame sarebbe stato il migliore per far crescere il boro piatto in un forno a deposizione chimica da vapore. Credito:Zhuzha Zhang/Rice University
Gli scienziati della Rice University hanno teoricamente determinato che le proprietà dei fogli di boro dello spessore di un atomo dipendono da dove atterrano quegli atomi.
Il calcolo delle energie atomo per atomo coinvolte nella creazione di un foglio di boro ha rivelato che il substrato metallico - la superficie su cui vengono fatti crescere i materiali bidimensionali in un forno a deposizione chimica da fase vapore (CVD) - farebbe la differenza.
Il fisico teorico Boris Yakobson e i suoi colleghi della Rice hanno scoperto in lavori precedenti che CVD è probabilmente il modo migliore per produrre boro 2-D altamente conduttivo e che l'oro o l'argento potrebbero essere i migliori substrati.
Ma i loro nuovi calcoli mostrano che potrebbe essere possibile guidare la formazione del boro 2-D adattando le interazioni boro-metallo. Hanno scoperto che il rame, un substrato comune nella crescita del grafene, potrebbe essere meglio ottenere boro piatto, mentre altri metalli guiderebbero il materiale risultante nei loro modi unici.
I risultati del team Rice appaiono oggi sul giornale Angewandte Chemie .
"Se produci boro 2-D su rame, ottieni qualcosa di diverso rispetto a se lo facessi con oro, argento o nichel, " disse Zhuhua Zhang, un ricercatore post-dottorato di Rice e autore principale dell'articolo. "Infatti, otterresti un materiale diverso con ciascuno di quei substrati."
Il boro bidimensionale assumerebbe forme diverse, a seconda del substrato utilizzato nella crescita della deposizione chimica da vapore, secondo i ricercatori della Rice University. Credito:Zhuzha Zhang/Rice University
Nella deposizione chimica da vapore, i gas riscaldati depositano atomi sul substrato, dove formano idealmente un reticolo desiderato. Nel grafene e nel nitruro di boro, gli atomi si depositano in matrici esagonali piatte indipendentemente dal substrato. ma boro, i ricercatori hanno scoperto, è il primo materiale 2-D noto che varierebbe la sua struttura in base alle interazioni con il substrato.
Il boro perfettamente piatto sarebbe una griglia di triangoli con esagoni occasionali in cui mancano gli atomi. I ricercatori hanno eseguito calcoli su più di 300 combinazioni boro-metallo. Hanno scoperto che il modello degli atomi in una superficie di rame si abbina perfettamente al boro 2-D e la forza delle loro interazioni aiuterebbe a mantenere il boro piatto. Un substrato di nichel funzionerebbe quasi altrettanto bene, hanno trovato.
Su oro e argento, hanno determinato che le interazioni atomiche deboli avrebbero permesso al boro di deformarsi. In un'estensione, hanno teorizzato che formandosi naturalmente, Icosaedri di boro da 12 atomi si assemblano in fogli interconnessi su rame e nichel, se l'offerta di boro fosse abbastanza alta.
Uno svantaggio rimanente del boro 2-D è che, a differenza del grafene, rimarrà difficile separarsi dal suo substrato, che è necessario per l'uso nelle applicazioni.
Ma quella forte adesione può avere un vantaggio collaterale. Ulteriori calcoli hanno suggerito che il boro su oro o nichel potrebbe competere con il platino come catalizzatore per le reazioni di evoluzione dell'idrogeno in applicazioni come le celle a combustibile.
"Nel 2007 abbiamo previsto la possibilità di boro fullereni puri, " ha detto Yakobson. "Sette anni dopo, il primo è stato osservato in un laboratorio. Questa volta, con l'enorme attenzione che i ricercatori stanno dando ai materiali 2-D, Spero che qualche laboratorio in giro per il mondo produca boro 2-D molto prima".
