自从2004年石墨烯被重新发现和鉴定以来,它一直是多个领域无数研究工作的焦点。它是一种非常通用的材料,由二维(2D)碳网络组成;换句话说,它由一个原子厚度的薄碳片组成。石墨烯不仅比最强的钢更坚固,而且还具有无数有趣的化学、电子和机械特性,这让科学家们想知道其他材料的类似二维网络是否也具有如此有用的特性。
最近报道的一种新型二维材料是硼苯,它是石墨烯的类似物,但由硼原子而不是碳原子组成。然而,正如人们对任何材料的二维薄片所期望的那样,硼苯的合成已被证明是具有挑战性的。研究人员要么需要使用底物使硼罗芬更稳定,要么需要将硼与羟基(OH-)偶联,这导致结构不是原子平坦的。
最近在东京工业大学进行的一项研究中,包括Tetsuya Kambe, Akiyoshi Kuzume和Kimihisa Yamamoto在内的一个研究小组通过一种简单的基于溶液的方法成功地合成了原子扁平氧化硼罗芬片。首先,他们用硼氢化钾盐(KBH)通过一个相当简单的工艺合成了一层一层的硼苯氧化物4)。x射线分析揭示了材料的二维层状结构,其中硼原子层形成以氧原子为桥的六边形二维网络,其中含有钾原子层插入。然后,接下来的必要步骤是找到一种方法来剥离硼罗芬氧化物网络的原子薄层。研究人员通过将材料放入二甲基甲酰胺(一种常用的有机溶剂)中来实现这一目标。进行了各种类型的测量来验证剥离片的结构,包括电子显微镜,光谱学和原子力显微镜。结果表明,该方法能有效地制备出理想的原子平面氧化硼罗芬片材。
最后,研究人员进行了电阻率测量来分析叠层硼苯片的导电特性,并发现了一个有趣的特性,即各向异性。这意味着薄片根据电流流动的方向表现出不同类型的导电性。该材料在面间方向表现为半导体,而在硼网络的面内方向表现为金属样行为。并阐明了这两种导电行为背后的机制。“重要的是要注意,我们的硼片可以在环境条件下轻松处理,”Kambe博士评论说,这表明这项开创性的研究可能是寻找硼苯潜在应用的基础。
寻找合成硼罗芬和硼罗芬基化合物的简便方法对于进一步研究这种有趣的材料及其潜在用途至关重要。Kambe博士说:“像石墨烯一样,硼罗芬有望具有独特的性能,包括非凡的机械特性和金属行为,可用于各种领域。”希望未来二维材料的发现和发展将使我们能够利用它们的奇异特性并定制它们以满足我们的需求。
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