Инновационный материал проявил свою пластичность и проводит электрический ток в миллион раз эффективнее, чем стандартные формы бора.
Бор — один из самых противоречивых элементов в периодической таблице. Подобно углероду, он может иметь несколько форм — аллотропных модификаций — с совершенно различными характеристиками. Углерод, к примеру, может быть как мягким графитом, так и ультратвердым алмазом. Бор до сих пор был известен лишь своими сверхтвердыми формами, которые плохо проводят электричество. Последний раз необычный аллотроп бора был обнаружен в 2009 году, и с тех пор на протяжении полутора десятилетий таких открытий не происходило, хотя теоретические предсказания накопились в значительном количестве.
Новая модификация, названная Imma-B60, была синтезирована учеными под руководством Сян-Фэна Чжоу из Яньшаньского университета в Китае. Задача была непростой: бор охотно вступает в реакции с другими элементами, образуя соединения, а не чистые аллотропы. Кроме того, легкие атомы бора сложно точно фиксировать с помощью экспериментальных методов. Чтобы преодолеть эти трудности, ученые применили двухступенчатый подход, который ранее не использовался для бора. Сначала бор заставили реагировать с натрием под высоким давлением. Затем полученную смесь нагрели до 900 градусов в вакууме, что позволило почти полностью удалить натрий и получить чистый Imma-B60.
«Этот подход не является совсем новым, но в данном случае мы наблюдаем его наиболее элегантное и современное применение. Последствия могут оказаться весьма далеко идущими», — комментирует Артем Оганов, химик-материаловед из Сколковского института науки и технологий, который принимал участие в открытии предыдущего аллотропа бора в 2009 году.
Кристаллическая структура нового материала включает открытые промежутки, где ранее находились атомы натрия. Именно это и обеспечивает его пластичность: в экспериментах образец удалось растянуть на 23% от исходной длины до момента разрушения. Электропроводность Imma-B60 превосходит все известные аллотропы бора, а в полностью очищенном от натрия виде материал теоретически должен стать металлическим проводником.
Среди возможных областей применения нового материала — солнечные панели, термоэлектрические устройства, которые преобразуют разницу температур в электричество, а также замена карбида бора в легкой броне. Однако до практического использования еще далеко: пока удается вырастить кристаллы лишь размером около трех микрометров — примерно в двадцать раз тоньше человеческого волоса. «Прежде чем говорить о применениях, нам необходимо научиться получать кристаллы большего размера — для термоэлектрики это миллиметры, а может быть, и сантиметры», — подчеркивает химик из Флоридского международного университета Ирина Чувашова.
Фото: hi-tech.mail.ru