La sintesi dal basso verso l'alto di strati atomici di boro a strati cristallini da un processo in soluzione. Le misurazioni della conducibilità hanno rivelato la funzione elettronica. L'energia di attivazione della conduttività nel piano suggeriva un comportamento simile al metallo mentre quella dell'interpiano mostrava una natura semiconduttiva. Credito:Tokyo Tech
Dalla sua riscoperta e caratterizzazione nel 2004, il grafene è stato al centro di innumerevoli sforzi di ricerca in più campi. È un materiale versatile costituito da una rete di carbonio bidimensionale (2-D), un sottile foglio di carbonio che ha uno spessore di un atomo. Il grafene non è solo più forte degli acciai più resistenti, ma ha anche una miriade di sostanze chimiche interessanti, elettronico, e caratteristiche meccaniche che hanno lasciato gli scienziati a chiedersi se reti 2-D simili di altri materiali potessero avere proprietà così utili.
Un nuovo materiale 2-D recentemente riportato è il borofene, un analogo del grafene costituito da atomi di boro invece di atomi di carbonio. Però, come ci si aspetterebbe da fogli 2-D di qualsiasi materiale, la sintesi del borofene si è rivelata impegnativa. I ricercatori richiedono l'uso di un substrato per rendere il borofene più stabile o l'accoppiamento del boro con gruppi ossidrile (OH-), che impedisce la planarità atomica.
In un recente studio condotto presso il Tokyo Institute of Technology, un gruppo di ricerca che include Tetsuya Kambe, Akiyoshi Kuzume e Kimihisa Yamamoto hanno sintetizzato fogli di borofene ossidati atomicamente piatti attraverso un semplice metodo basato su soluzioni. Primo, hanno sintetizzato strati sovrapposti di ossido di borofene attraverso un processo abbastanza semplice utilizzando un sale di boroidruro di potassio (KBH 4 ). Un'analisi a raggi X ha rivelato la struttura a strati 2-D del materiale, in cui strati di atomi di boro formanti una rete esagonale 2-D con atomi di ossigeno come ponti erano intercalati con strati contenenti atomi di potassio. Quindi, il passo successivo è stato quello di trovare un modo per esfoliare strati atomicamente sottili della rete di ossido di borofene. I ricercatori hanno raggiunto questo obiettivo mettendo il materiale in dimetilformammide, che è un solvente organico comunemente usato. Sono state effettuate varie tipologie di misurazioni per verificare la struttura dei fogli esfoliati, compresa la microscopia elettronica, spettroscopia, e microscopia a forza atomica. I risultati hanno confermato che il metodo proposto era efficace per produrre i fogli di borofene ossidati piatti atomicamente desiderati.
Finalmente, i ricercatori hanno eseguito misurazioni della resistività per analizzare le proprietà conduttive dei fogli di borofene impilati e hanno trovato una caratteristica interessante denominata anisotropia. Ciò significa che i fogli hanno mostrato diversi tipi di conduttività a seconda della direzione del flusso di corrente. Il materiale si è comportato come un semiconduttore nella direzione interpiano, mentre mostrava un comportamento simile al metallo nella direzione nel piano della rete di boro. I meccanismi alla base di questi due tipi di comportamenti sono stati chiariti, anche. "È importante notare che i nostri fogli di boro possono essere maneggiati facilmente in condizioni ambientali, " ha detto il dottor Kambe, indicando che questa ricerca pionieristica potrebbe portare ad applicazioni pratiche per il borofene.
Trovare metodi facili per la sintesi di borofene e composti a base di borofene è fondamentale per condurre ulteriori ricerche su questo interessante materiale e sui suoi potenziali usi. "Come il grafene, ci si aspetta che il borofene abbia proprietà uniche, comprese straordinarie caratteristiche meccaniche e comportamento metallico che potrebbero essere sfruttate in una varietà di campi, " ha detto il dottor Kambe. Si spera, scoperte e sviluppi futuri sui materiali 2-D consentiranno ai ricercatori di impiegare le loro proprietà esotiche e adattarle alle esigenze specifiche.
