Wissenschaftler stabilisieren atomar dünnes Bor für den praktischen Einsatz

Borophan ist außerhalb des Vakuums stabil und eröffnet Möglichkeiten für reale Anwendungen

15.03.2021 - USA

Forscher der Northwestern University haben zum ersten Mal Borophan hergestellt - atomar dünnes Bor, das bei Standardtemperaturen und Luftdruck stabil ist.

Forscher sind seit langem begeistert von dem Versprechen von Borophen -- einer ein Atom dicken Schicht aus Bor -- wegen seiner Stärke, Flexibilität und elektronischen Eigenschaften. Stärker, leichter und flexibler als Graphen, könnte Borophen Batterien, Elektronik, Sensoren, Photovoltaik und Quantencomputer revolutionieren.

Leider existiert Borophen nur in einer Ultrahochvakuumkammer, was seine praktische Anwendung außerhalb des Labors einschränkt. Durch die Verbindung von Borophen mit atomarem Wasserstoff schuf das Northwestern-Team Borophan, das die gleichen spannenden Eigenschaften wie Borophen hat und außerhalb eines Vakuums stabil ist.

Erstmals Doppelschicht aus Borophen erschaffen

Neues Material bewahrt die elektronischen Eigenschaften von Borophen und bietet neue Vorteile

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"Das Problem ist, dass Borophen, wenn man es aus dem Ultrahochvakuum an die Luft bringt, sofort oxidiert", sagt Mark C. Hersam, der die Forschung leitete. "Sobald es oxidiert, ist es kein Borophen mehr und ist nicht mehr leitfähig. Das Feld wird weiterhin bei der Erforschung seiner realen Anwendung behindert, solange Borophen nicht außerhalb einer Ultrahochvakuumkammer stabil gemacht werden kann."

Die Forschungsergebnisse werden in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht und auf dem Titelblatt abgebildet. Die Studie markiert das erste Mal, dass Wissenschaftler über die Synthese von Borophan berichten.

Hersam ist der Walter P. Murphy Professor of Materials Science and Engineering an der Northwestern's McCormick School of Engineering und Direktor des Materials Research Science and Engineering Center.

Obwohl Borophen häufig mit seinem Supermaterial-Vorgänger Graphen verglichen wird, ist es viel schwieriger, Borophen herzustellen. Graphen ist die atomar dünne Version von Graphit, einem Schichtmaterial, das aus Stapeln von zweidimensionalen Blättern besteht. Um eine zweidimensionale Schicht von Graphit zu entfernen, schälen Wissenschaftler sie einfach ab.

Bor hingegen ist in der Masse nicht geschichtet. Vor fünf Jahren stellten Hersam und seine Mitarbeiter erstmals Borophen her, indem sie es direkt auf einem Substrat wachsen ließen. Das resultierende Material war jedoch sehr reaktiv, was es anfällig für Oxidation machte.

"Die Boratome in Borophen sind sehr anfällig für weitere chemische Reaktionen", sagt Hersam. "Wir fanden heraus, dass die Boratome, sobald sie mit Wasserstoff verbunden sind, an der Luft nicht mehr mit Sauerstoff reagieren."

Jetzt, da Borophan in die reale Welt gebracht werden kann, können die Forscher laut Hersam die Eigenschaften von Borophan und seine möglichen Anwendungen schneller erforschen.

"Materialsynthese ist ein bisschen wie Backen", sagte Hersam. "Wenn man das Rezept einmal kennt, ist es nicht schwer zu replizieren. Aber wenn das Rezept nur ein bisschen daneben liegt, kann das Endprodukt furchtbar schiefgehen. Indem wir das optimale Rezept für Borophan mit der Welt teilen, gehen wir davon aus, dass sich seine Verwendung schnell verbreiten wird."

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