Nanospecialisté dokončili přehled 2D nanomateriálního borofenu a zjistili, že je materiálem s výjimečnými vlastnostmi a větším potenciálem než grafen.
Zpráva byla zveřejněna v časopise Frontiers of Physics, kde se uvádí: „Výzkum v oblasti borofenu rychle rostl v oborech fyziky kondenzovaných látek, chemie, materiálových věd a nanotechnologií. Vzhledem k jedinečným fyzikálním a chemickým vlastnostem má borofen potenciál, aby byl aplikován v různých oborech. V tomto přehledu shrnujeme výsledky na borofenu se zvláštním důrazem na nedávné pokroky. “
Studii provedl mezinárodní tým z Xiamenské univerzity v Číně a Národní univerzity v Singapuru a prozkoumal nejen pozoruhodné schopnosti borofilů, ale také jeho potenciální aplikace v průmyslu. Zde je shrnutí jeho obsahu.
Krátká Historie Borofenu.
Když byl grafen objeven v polovině 90. let, byl okamžitě považován za nový „zázračný materiál“. Jeho tloušťka byla jen jeden atom, byl to první skutečně 2D materiál. Grafen se vyrábí z uspořádání grafitu (používaného k výrobě předmětů jako je tužka „olovo“) do šestihranné mříže, ale jeho technické vlastnosti ohromují vědecký a průmyslový svět.
Jak vysvětluje grafenový zpravodajský portál Graphene-Info, „Grafen je nejtenčí materiál, který je člověku znám. Jeho tloušťka je jeden atom a je neuvěřitelně pevný - asi 200krát pevnější než ocel. Kromě toho je grafen vynikajícím vodičem tepla a elektřiny a má zajímavé schopnosti absorpce světla. Je to skutečně materiál, který by mohl změnit svět, s neomezeným potenciálem pro integraci do téměř jakéhokoli odvětví. “
Výsledkem je, že se rychle zapojily investice podniků a vlády, aby využily výhod, včetně 1 miliardy EUR od EU na zahájení grafenového průmyslu.
I když došlo k návratnosti této investice, spíše jen šplhala, než aby udeřila jako tsunami a dnes podporuje zdravou, produktivní grafenovou komunitu firem.
Největším úspěchem grafenu však bylo pravděpodobně povzbuzení zájmu o další 2D materiály. Vědci zkoumají germanen, graphyne, silicene, plumbene a stanine.
Nejzajímavější ze všech je borofen: jedna vrstva atomů boru v různých krystalických strukturách.
Borofen, který byl poprvé předpovězen pomocí počítačových simulací v 90. letech, vlastně teprve vznikl až v roce 2015.
Produkce Borofenu
Stejně jako mnoho nanomateriálů je borofen syntetizován pomocí procesu chemické depozice par. To zahrnuje zahřívání atomů boru na horký plyn, který se pak nechá kondenzovat na chladném povrchu čistého stříbra.
Je to vztah mezi atomy boru a stříbra, díky nimž je borofen výjimečný. Jak uvádí vědecký časopis Technology Review, „Pravidelné uspořádání atomů stříbra nutí atomy boru do podobného vzoru, z nichž každý se váže až na šest dalších atomů, aby vytvořil plochou šestiúhelníkovou strukturu. Značná část atomů boru se však váže pouze se čtyřmi nebo pěti dalšími atomy, což ve struktuře vytváří volná místa. Vzorek volných míst je to, co dává borofilním krystalům jejich jedinečné vlastnosti. “
Borofen; Nanomateriál pro Mnoho Průmyslových Odvětví
Skutečné vzrušení z borofenu přináší potenciál, který má v tolika cenných odvětvích průmyslu. Borofen je silnější a flexibilnější než grafen a bude ho možné aplikovat v katalytických reakcích v chemickém průmyslu. Mohl by být použit při výrobě špičkových senzorů a testovacích zařízení pro detekci různých molekul a atomů nebo jako materiál anody pro lithium-ionty příští generace baterií.
Jak zdůrazňuje Zhi-Qiang Wang, profesor na univerzitě Xiamen v Číně: „Borofen je slibný anod materiál pro Li, Na a Mg iontové baterie díky vysokým teoretickým specifickým kapacitám, vynikající elektronické vodivosti a vynikajícímu přenosu iontů. “
Borofen má také zvláštní vztah s vodíkem, jak uvádí Technology Review, „atomy vodíku se snadno drží na jednovrstvé struktuře borofenu, a tato adsorpční vlastnost v kombinaci s obrovskou povrchovou plochou atomových vrstev činí z borofenu slibný materiál jako úložný prostor pro vodík. Teoretické studie naznačují, že borofen může uložit více než 15% své hmotnosti ve vodíku, čímž výrazně převyšuje ostatní materiály.
Chemici chtějí navíc prozkoumat schopnost borofenu katalyzovat rozklad molekulárního vodíku na vodíkové ionty a vodu na vodíkové a kyslíkové ionty. Vlastnosti, které by mohly vést k objevům ve vodních energiích.
Jak uvádí přehled, „Vynikající katalytické vlastnosti borofenu byly nalezeny v reakci na vývoj vodíku, reakci na redukci kyslíku, reakci na vývoj kyslíku a na elektrolytickou redukci CO2.“
Borofen je také lehký a přiměřeně reaktivní, díky čemuž je vhodným kandidátem pro ukládání kovových iontů v bateriích. Je také dobrým vodičem tepla a elektřiny a může také fungovat jako supravodič.
Všechny tyto vlastnosti jsou závislé na orientaci a uspořádání volných míst na 2D struktuře. Díky tomu je borofen, přinejmenším teoreticky, „laditelný“, přičemž nanospecialisté jsou schopni měnit svou výrobu, aby zlepšili nebo ukončili různé kvality.
Vzhledem k tomu, že borofen je takovým novým materiálem, je ještě třeba provést spoustu výzkumu, než nanotechnologie plně využije jeho potenciál. Výroba v průmyslovém měřítku musí být ještě ekonomicky dosažena a reaktivita materiálu znamená, že je náchylná k oxidaci, takže při manipulaci je třeba dbát na to, aby byla řádně chráněna.
Oba tyto faktory byly překonány jinými nanomateriály a zanechaly borofenu nadějnou budoucnost.
Značení Graphene jako „zázračného materiálu“, velké investice, které získal, a vnímání, že nedokázal naplnit očekávání, zanechala mnoho úvah, zda nanomateriály skutečně ovlivní způsob, jakým žijeme. Přesto je třeba prozkoumat dlouhý seznam žádostí o nanočástice a nanotrubice a to, jak jsou již používány k tomu, abychom viděli, že nanotechnologie mění náš svět.
Zatímco dnes by bylo správné chápat grafen jako jen malou část nanoprůmyslové revoluce, ještě větší seznam schopností a možného využití borofenu z něj dělá surovinu hodnou pozornosti.
Fotografický kredit: Grapheneinfo, & Phys.org
