Прогиб засчитан! Бор, как элементарное вещество, в своем привычном состоянии обычно является твердым, хрупким и плохо проводит электричество. Однако ученые разработали новую форму этого элемента, которая обладает гибкостью и при этом на семь порядков лучше проводит электрический ток.
Обычный бор — это материал с парадоксальными характеристиками: он очень твердый, но также хрупкий, а его проводимость электричества находится на низком уровне. Однако недавно ученые смогли получить его новую модификацию, которая нарушает устоявшиеся представления. Кристалл Imma-B60 оказался одновременно гибким и проводящим электричество. Исследование было опубликовано в журнале Nature Chemistry.
Бор помещен на «натриевый каркас», а затем натрий был удален
Новая форма бора была получена не привычным методом нагрева самого элемента. Исследователи сначала создали соединение Na4B60 — фактически заготовку, внутри которой атомы натрия помогали удерживать необычную открытую структуру бора.
Для выращивания более крупных кристаллов применялись промежуточные слои цинка. Это позволило образовать каналы внутри кристаллической структуры, по которым впоследствии был удален натрий.
Затем кристаллы были помещены в вакуумную печь и нагревались до 900°C в течение двух суток. Вакуум вытянул атомы натрия наружу, а каркас из атомов бора остался неизменным. Так и был получен Imma-B60 — новая форма чистого элементарного бора.
Его структура совершенно отличается от плотной упаковки привычных фаз. В основе материала находятся борные каркасы из 12-атомных кластеров, соединенных треугольными группами из трех атомов бора. Такая конструкция оставляет свободное пространство внутри и дает возможность атомным слоям смещаться под нагрузкой.
Кристалл можно деформировать, не превращая его в порошок
Главная особенность Imma-B60 — его пластичность. При механическом воздействии атомные плоскости могут скользить относительно друг друга благодаря дислокационному механизму. Поэтому материал способен изгибаться на 23% без разрушения.
Для бора это необычный результат: традиционные его формы характеризуются высокой твердостью и хрупкостью. Авторы также протестировали наностолбики нового материала на сжатие и зафиксировали значительную деформацию без разрушения структуры.
Но удивляет не только механические свойства. Imma-B60 оказался узкозонным полупроводником с шириной запрещенной зоны менее 0,2 эВ. При комнатной температуре его электропроводность составила примерно 9×10² Сименс на метр — это на семь порядков выше, чем у β-бора.
Иными словами, ученые создали бор, который может значительно деформироваться и при этом гораздо лучше проводить электричество. Именно сочетание этих двух характеристик ранее было одной из основных проблем при разработке новых аллотропных форм элемента.
На данный момент речь идет о лабораторном материале, а не о готовых гибких проводах, дисплеях или электронных компонентах. Тем не менее, авторы исследования полагают, что открытая структура Imma-B60 может стать основой для поиска других прочных и функциональных неорганических материалов.
Наше открытие не только создает мощную стратегию получения метастабильных материалов на основе прекурсоров, но и существенно расширяет возможности применения бора, выходя за рамки обычных сверхтвердых полупроводниковых фаз.
Фото: hi-tech.mail.ru