Se sintetiza una bicapa de borofeno por primera vez

El borofeno es una forma alotrópica de boro. El boro es grafeno en relación con el carbono: un material cristalino “bidimensional”, de sólo un átomo de espesor. Debido a sus notables propiedades eléctricas, se le considera el “material milagroso” para las baterías; Su capacidad para transportar iones y su conductividad eléctrica permiten visualizar altas capacidades de almacenamiento teórico.

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Material sintético de difícil obtención

Desde la primera síntesis de grafeno en 2004, los físicos han logrado crear varios otros materiales hechos de una sola capa de átomos, como siliceno, fósforo o incluso Dichalcogenuros metales de transición (como disulfuro de molibdeno, MoS2, o diselinida de tungsteno, WSe2). Todos ellos presentan propiedades atípicas, en particular propiedades eléctricas interesantes.

La forma multicapa de estos materiales sintéticos se investiga exhaustivamente para modificar la estructura y las propiedades; Pero esto no ha sucedido antes con el borofeno hasta ahora. Más fuerte, más ligero y más flexible que el grafeno, el borofeno tiene el potencial de revolucionar las baterías, la electrónica, los sensores, las células solares y la computación cuántica.

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Pero la síntesis de borofeno monocapa ya es particularmente sensible. A diferencia del grafeno, que se puede obtener, entre otras técnicas, por simple pelado de un cristal de grafito, que consiste en arrancar una capa muy fina de grafito con cinta adhesiva, y luego repetir el proceso en cada muestra así producida hasta una sola capa. de átomos Se obtiene: el borofeno debe cultivarse en el laboratorio, en un sustrato.

Las primeras estructuras de borofeno. Adquirido en 2015, en superficies metálicas bajo muy alto vacío. Fabricado por Mark C. Hersam y su equipo de Centro de Investigación en Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad Northwestern. Pero no es fácil separar el borofeno del sustrato que lo soporta.

Doble capa observada sobre un sustrato plateado.

Si la síntesis de monocapas de borofeno es difícil, la obtención de varias capas de grosor de maíz es aún más difícil. ” Cuando intentas hacer crecer una capa más gruesa, el boro quiere adoptar su estructura de masa. “, Explica Mark C. Hersam en declaración. En teoría, la síntesis de borofeno multicapa era posible, pero en la práctica, las películas de boro más gruesas tienden a formar partículas y grumos, en lugar de estructuras planas.

Por eso era necesario encontrar una forma de prevenir la formación de estos racimos, para que el boro siguiera creciendo en las membranas planas. Un desafío que parecía imposible para Harsam y sus colaboradores. ” Es difícil crear una sustancia nueva, incluso cuando el trabajo teórico predice su existencia. La teoría rara vez te dice las condiciones de composición necesarias para lograr esta nueva estructura. ‘, destaca el especialista En el comunicado de prensa. Pero el equipo finalmente descubrió que las condiciones ideales en realidad dependían del sustrato utilizado.

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En su nuevo estudio publicado en materiales de la naturaleza, explican que cultivaron borofeno en un sustrato plateado plano; Sin embargo, a alta temperatura, la plata se agrupa para formar verdaderos “terracks” amplios y planos entre cada grupo. Mientras los investigadores intentaban cultivar boro en estas terrazas, afortunadamente notaron que se formaba una segunda capa. ” No estábamos buscando la segunda capa cuando la encontramos. Harsam reconoce.

Atención al diseño de baterías de litio.

Resultó que el material obtenido conservaba todas las propiedades electrónicas esperadas del borofeno, al tiempo que mostraba propiedades adicionales. Por ejemplo, el material incluye dos láminas de un átomo de espesor, unidas y separadas por un espacio, que se pueden aprovechar para almacenar energía o productos químicos, como los que se utilizan en las baterías. ” La presencia de un espacio entre las capas proporciona un lugar para contener los iones de litio. Harsam explica.

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El equipo espera que este trabajo se inspire en otros investigadores y trate de fabricar capas más gruesas de borofeno o crear capas dobles con diferentes geometrías atómicas. Los nanotubos de diamante, grafito, grafeno y carbono están todos basados ​​en un solo elemento, el carbono, con diferentes geometrías; Por tanto, no es ideal pensar que el boro tiene la misma capacidad. ” El boro parece tener tanto potencial, si no más, que el carbono. Creemos que todavía estamos en los primeros capítulos de la saga del boro 2D. “Concluye Harsam En el comunicado de prensa.

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Si este material es prometedor, no será explotado comercialmente para mañana. Todavía es caro de fabricar y el carbono es aún más abundante que el boro en la corteza terrestre.

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