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科学家造出新型二维材料:仅两个原子厚 比钢更坚固

据美国《科学日报》网站4月5日报道,科学家声称,一种被称为氢化硼烯的材料的研究取得突破。氢化硼烯是一种由硼和氢构成、厚度仅为两个原子的薄片。

科学家制造出由硼和氢原子构成的稳定纳米片,可能在纳电子学和量子信息技术领域得到应用。

什么是超薄?一个答案是二维材料——具有长度和宽度、但厚度仅一两个原子的奇异材料。它们为电子设备、太阳能电池、电池和医疗设备的设备性能得到前所未有的提升提供了可能性。

美国能源部阿尔贡国家实验室的科学家与西北大学和佛罗里达大学合作,在《科学》杂志上发表报告称,一种名为氢化硼烯的二维材料的研究取得突破。

近几十年来材料科学领域最激动人心的进展之一,是一种被称为石墨烯的二维碳片,其厚度仅一个原子,却比钢坚固200倍。一种同样有前途的新材料是厚度仅一个原子、被称为硼烯的硼片。包括阿尔贡国家实验室下属纳米材料中心的研究人员在内的一个多机构团队2015年首次合成硼烯。

石墨烯是常见材料石墨中许多相同原子层中的一层,但硼烯没有相同的母结构,很难制备。而且,硼烯很快会与空气发生反应,这意味着它极不稳定,常常变形。

西北大学材料科学和工程学教授马克·赫萨姆说:“硼烯本身存在各种问题。但当我们将硼烯与氢混合时,其产物突然变得稳定得多,在纳电子学和量子信息技术等新兴领域有着诱人的用途。

研究团队在银基质上生成硼烯,使之与氢接触,形成氢化硼烯。然后,他们将一台扫描隧道显微镜与一种基于计算机视觉、能将结构理论模拟与实验测量数据相比较的算法相结合,揭示了氢化硼烯的复杂结构。

尽管氢化硼烯只有两个原子厚,但由于硼原子和氢原子的排列可能性众多,其结构相当复杂。阿尔贡国家实验室纳米材料中心的纳米科学家玛丽亚·陈(音)说:“我们应对了一项重大挑战,即在计算机视觉帮助下通过扫描隧道显微镜图像和在原子层面进行计算机建模确定原子结构。”鉴于在揭示这种复杂结构方面取得的成功,该团队的自动化分析技术未来应该可用于识别其他复杂纳米结构。

阿尔贡国家实验室纳米材料中心的纳米科学家皮埃尔·达兰西特说:“在我们的研究结果中,真正令人鼓舞的是,我们发现银基质上的氢化硼烯纳米片与硼烯不同,是相当稳定的。这意味着,在为光电子学制造新设备时,氢化硼烯应该很容易与其他材料相结合。”这种光控和发光设备可用于电信和医疗设备等领域。

玛丽亚·陈说:“就实现氢化硼烯作为一种二维材料在纳电子学领域的巨大潜力而言,这些研究结果是重要一步。”

来源:参考消息网

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