Mühendisler Çift Katmanlı Borofen Oluşturmayı Başardı

Fotoğraf : Çizim, çift katmanlı borofenin atomik yapısını göstermektedir. Bu görüntüde, tüm atomlar bordur ve pembe bor atomları özellikle katmanlar arasındaki bağla ilgilidir. Kredi: Kuzeybatı Üniversitesi

Yeni malzeme, borofenin elektronik özelliklerini korur, yeni avantajlar sunar.

Kuzeybatı Üniversitesi mühendisleri ilk kez, borun tek atomlu katman sınırının ötesinde düzlemsel olmayan kümeler oluşturma yönündeki doğal eğilimine meydan okuyan bir başarı olan, atomik olarak düz bir çift borofen katmanı oluşturdular.

Umut verici elektronik özellikleriyle bilinmesine rağmen, tek atomlu kalın bir bor levhası olan borofenin sentezlenmesi zordur. Doğal olarak katmanlı grafitten scotch bant gibi basit bir şey kullanılarak soyulabilen analog iki boyutlu malzeme olan grafenin aksine, borofen sadece dökme bordan soyulamaz. Bunun yerine, borofen doğrudan bir substrat üzerinde büyütülmelidir.

Ve bir katmanın büyümesi zorsa, atomik olarak düz bir borofen katmanının büyümesi imkansız görünüyordu. Çünkü toplu bor grafit gibi katmanlar halinde olmadığından, tek atomik katmanların ötesinde büyüyen bor, düzlemsel filmler yerine kümelemeyi sağlar.

Çalışmanın üst düzey yazarlarından ve Kuzeybatı Üniversitesi’nden Mark C. Hersam, “daha kalın bir katman üretmeye çalıştığınızda, bor kendi toplu yapısını benimser” dedi. “Atomik olarak düz kalmak yerine, daha kalın boron filmleri parçacıklar ve kümeler oluşturur. Kilit nokta, kümeler oluşmasını engelleyen büyüme koşullarını bulmaktır. Şimdiye kadar bir katmanın ötesine geçebileceğini düşünmedik. Şimdi tek bir atomik katman ile yığın arasındaki keşfedilmemiş alana geçtik ve bu da keşfedilmeye yönelik yeni bir araştırma alanı ortaya çıkardı.”

Araştırma, Nature Materials dergisinde 26 Ağustos’ta yayınlanacak.

Hersam, McCormick Mühendislik Fakültesi’nde Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü’nde Walter P. Murphy Profesörü ve Malzeme Araştırma Bilimleri ve Mühendislik Merkezi’nde direktördür. Ayrıca Kuzeybatı’nın Uluslararası Nanoteknoloji Enstitüsü ve Simpson Querrey Enstitüsü’ne de üyedir. Hersam, Rice Üniversitesi Mühendislik Bölümü’nde Karl F. Hasselmann Başkanı olan Boris Yakobson ile birlikte çalışıyordu.

Beş yıl önce, Hersam ve işbirlikçileri ilk kez borofeni oluşturdular. Daha güçlü, daha hafif ve daha esnek olan borofen; pillerde, elektronik birimlerde, sensörlerde, güneş hücrelerinde ve kuantum hesaplamada devrim yapma potansiyeline sahiptir. Teorik araştırmalar, çift katlı bir borofenin mümkün olduğunu öngörse de, Hersam da dahil olmak üzere birçok araştırmacı ikna olmadılar.

Hersam, “teorik çalışma varlığını tahmin etse bile yeni bir materyal yapmak zor.” dedi. “Çalışma, bu yeni yapıyı elde etmek için gereken sentetik koşulları nadiren söyler.”

Hersam’ın ekibi, doğru koşulların anahtarının malzemeyi büyütmek için kullanılan alt tabaka olduğunu keşfetti. Çalışmada, Hersam ve iş arkadaşları düz, gümüş bir alt tabaka üzerinde borofeni büyüttüler. Çok yüksek sıcaklıklara maruz kaldığında gümüş, atom ölçeğindeki basamaklar arasında olağanüstü düz, büyük teraslar oluşturacak şekilde toplanmıştır.

Hersam, “Bu büyük, düz teraslarda borofeni büyüttüğümüzde, ikinci bir katman oluştuğunu görürdük.” dedi. “Bu beklenmedik gözlemin ardından, kasıtlı olarak bu yönde çabalarımızı odakladık. Bulduğumuzda ikinci katmanı aramadık. Birçok malzeme bulma işlemi bu şekilde gerçekleşir, ancak beklenmedik bir şey olduğunda bu fırsatı fark etmek zorundasınız.”

Çift katmanlı malzeme, yeni avantajlar sunarken, borofenin tercih edilen tüm elektronik özelliklerini korudu. Örneğin, malzeme, aralarında boşluk olan ve enerji veya kimyasal depolama için kullanılabilecek iki atomik katman kalın sayfadan oluşur.

Hersam, “İki katmanlı borofenin aküler için umut vaat eden bir materyal olduğuna dair teorik tahminler vardı.” dedi. “Katmanlar arasında boşluk olması lityum iyonları tutabileceğiniz bir yer sağlar.”

Hersam’ın ekibi, diğer araştırmacıların artık borofenin daha da kalın katmanlarını büyütmeye devam etmek veya farklı atom geometrileri ile çift katman oluşturmak için ilham aldıklarını umuyor.

Hersam, “Elmaslar, grafit, grafit ve karbon nanotüplerin hepsi farklı geometrilere sahip tek bir öğeye (karbon) dayanıyor.” dedi. ” Bor, olasılıkları bakımından karbondan daha çok olmasa da zengin görünüyor. İki boyutlu bor efsanesinin henüz ilk bölümlerinde olduğumuzu düşünüyoruz.”

u katman sınırının ötesinde düzlemsel olmayan kümeler oluşturma yönündeki doğal eğilimine meydan okuyan bir başarı olan, atomik olarak düz bir çift borofen katmanı oluşturdular.

Umut verici elektronik özellikleriyle bilinmesine rağmen, tek atomlu kalın bir bor levhası olan borofenin sentezlenmesi zordur. Doğal olarak katmanlı grafitten scotch bant gibi basit bir şey kullanılarak soyulabilen analog iki boyutlu malzeme olan grafenin aksine, borofen sadece dökme bordan soyulamaz. Bunun yerine, borofen doğrudan bir substrat üzerinde büyütülmelidir.

Ve bir katmanın büyümesi zorsa, atomik olarak düz bir borofen katmanının büyümesi imkansız görünüyordu. Çünkü toplu bor grafit gibi katmanlar halinde olmadığından, tek atomik katmanların ötesinde büyüyen bor, düzlemsel filmler yerine kümelemeyi sağlar.

Çalışmanın üst düzey yazarlarından ve Kuzeybatı Üniversitesi’nden Mark C. Hersam, “daha kalın bir katman üretmeye çalıştığınızda, bor kendi toplu yapısını benimser” dedi. “Atomik olarak düz kalmak yerine, daha kalın boron filmleri parçacıklar ve kümeler oluşturur. Kilit nokta, kümeler oluşmasını engelleyen büyüme koşullarını bulmaktır. Şimdiye kadar bir katmanın ötesine geçebileceğini düşünmedik. Şimdi tek bir atomik katman ile yığın arasındaki keşfedilmemiş alana geçtik ve bu da keşfedilmeye yönelik yeni bir araştırma alanı ortaya çıkardı.”

Araştırma, Nature Materials dergisinde 26 Ağustos’ta yayınlanacak.

Hersam, McCormick Mühendislik Fakültesi’nde Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü’nde Walter P. Murphy Profesörü ve Malzeme Araştırma Bilimleri ve Mühendislik Merkezi’nde direktördür. Ayrıca Kuzeybatı’nın Uluslararası Nanoteknoloji Enstitüsü ve Simpson Querrey Enstitüsü’ne de üye. Hersam, Rice Üniversitesi Mühendislik Bölümü’nde Karl F. Hasselmann Başkanı olan Boris Yakobson ile birlikte çalışıyordu.

Beş yıl önce, Hersam ve işbirlikçileri ilk kez borofeni oluşturdular. Daha güçlü, daha hafif ve daha esnek olan borofen; pillerde, elektronik birimlerde, sensörlerde, güneş hücrelerinde ve kuantum hesaplamada devrim yapma potansiyeline sahiptir. Teorik araştırmalar, çift katlı bir borofenin mümkün olduğunu öngörse de, Hersam da dahil olmak üzere birçok araştırmacı ikna olmadılar.

Hersam, “teorik çalışma varlığını tahmin etse bile yeni bir materyal yapmak zor.” dedi. “Çalışma, bu yeni yapıyı elde etmek için gereken sentetik koşulları nadiren söyler.”

Hersam’ın ekibi, doğru koşulların anahtarının malzemeyi büyütmek için kullanılan alt tabaka olduğunu keşfetti. Çalışmada, Hersam ve iş arkadaşları düz, gümüş bir alt tabaka üzerinde borofeni büyüttüler. Çok yüksek sıcaklıklara maruz kaldığında gümüş, atom ölçeğindeki basamaklar arasında olağanüstü düz, büyük teraslar oluşturacak şekilde toplanmıştır.

Hersam, “Bu büyük, düz teraslarda borofeni büyüttüğümüzde, ikinci bir katman oluştuğunu görürdük.” dedi. “Bu beklenmedik gözlemin ardından, kasıtlı olarak bu yönde çabalarımızı odakladık. Bulduğumuzda ikinci katmanı aramadık. Birçok malzeme bulma işlemi bu şekilde gerçekleşir, ancak beklenmedik bir şey olduğunda bu fırsatı fark etmek zorundasınız.”

Çift katmanlı malzeme, yeni avantajlar sunarken, borofenin tercih edilen tüm elektronik özelliklerini korudu. Örneğin, malzeme, aralarında boşluk olan ve enerji veya kimyasal depolama için kullanılabilecek iki atomik katman kalın sayfadan oluşur.

Hersam, “İki katmanlı borofenin aküler için umut vaat eden bir materyal olduğuna dair teorik tahminler vardı.” dedi. “Katmanlar arasında boşluk olması lityum iyonları tutabileceğiniz bir yer sağlar.”

Hersam’ın ekibi, diğer araştırmacıların artık borofenin daha da kalın katmanlarını büyütmeye devam etmek veya farklı atom geometrileri ile çift katman oluşturmak için ilham aldıklarını umuyor.

Hersam, “Elmaslar, grafit, grafit ve karbon nanotüplerin hepsi farklı geometrilere sahip tek bir öğeye (karbon) dayanıyor.” dedi. ” Bor, olasılıkları bakımından karbondan daha çok olmasa da zengin görünüyor. İki boyutlu bor efsanesinin henüz ilk bölümlerinde olduğumuzu düşünüyoruz.”

Kaynak : sciencedaily.com