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“新材料之王”易主之路:硼烯会是下一个石墨烯?

时间:2019-04-15 21:24 来源:[db:来源]

一直以来,石墨烯(Graphene)都是材料界的宠儿。

尽管在应用层面的发展滞后让石墨烯受到了一定的争议,但作为“初代”二维材料,它是目前发现的最薄、强度最高、导电导热性能最强的一种新型纳米材料,被誉为最具有颠覆性的“新材料之王”,甚至被称为材料界的“黑金”,在能源储存、超级电容器、高速晶体管、光电子器件等领域都有着非常巨大的应用潜力,享尽了科学界和媒体的赞誉和追捧。

(来源:麻省理工科技评论)

然而,在石墨烯“新材料之王”的宝座还没有坐稳的时候,下一代超级纳米材料或将横空出世了。这就是硼烯(borophene):比石墨烯更强,更轻,更柔韧,有着更广阔的应用前景。它的出现,可能会彻底改变能源、传感器、催化剂等许多领域的面貌——至少在理论上是这样。

“走出”计算机的神奇二维材料

石墨烯和硼烯都属于二维材料。

所谓的二维材料,指的是只有一层原子组成的平面结构的材料。曾经,人们认为这样的材料是不可能存在的,直到 2004 年,英国曼彻斯特大学和俄国切尔诺戈洛夫卡微电子工艺研究所的安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫课题组,用透明胶带首先分离出了只有一层原子的石墨烯。石墨烯之前,地球上所被发现的所有材料,都是三维的。二人也因此获得了 2010 年的诺贝尔物理学奖。

图丨2010年诺贝尔物理学奖得主安德烈?海姆(左)和康斯坦丁?诺沃肖洛夫(来源:Wikipedia)

由于维度的降低,二维材料拥有许多惊人的性质。例如,超高的强度,优异的柔性,丰富的功能性等等。石墨烯之后,人类又发现了单层硅烯、锗烯、锡烯、黑磷等一系列的二维材料,它们都有着各自独特的性质,和超乎想象的用途。而硼烯,就是这个神奇材料家族中“最猛”的一员。

硼烯最早并不是诞生在实验室,而是在计算机里。从 20 多年前开始,世界各地的科学家都通过计算机模拟,证明了硼烯的存在,并对其性质进行了预测。2015 年 12 月,美国阿贡国家实验室、中国南开大学、纽约州立大学石溪分校以及美国西北大学的科学家展开联合攻关,首次在超高真空环境下合成了这种硼元素组成的二维材料。自此之后,有越来越多的实验室在合成单原子厚度的硼烯方面取得了极大进展。

图丨硼烯(来源:Wikipedia)

那么,相比于石墨烯,硼烯有着什么优势呢?二维材料那么多,为什么就说,硼烯可以把石墨烯从“新材料之王”的宝座上拉下来呢?


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