Các nhà khoa học ổn định boron mỏng nguyên tử để sử dụng trong thực tế

Các nhà nghiên cứu Trường Đại học Northwestern lần đầu tiên đã tạo ra được borophane - boron có độ dày nguyên tử, ổn định ở nhiệt độ và áp suất không khí tiêu chuẩn.

Các nhà nghiên cứu từ lâu đã rất quan tâm về borophene - một tấm boron dày một nguyên tử - vì sức mạnh, tính linh hoạt và tính chất điện tử của nó. Mạnh hơn, nhẹ hơn và linh hoạt hơn graphene, borophene có khả năng cách mạng hóa pin, thiết bị điện tử, cảm biến, quang điện và điện toán lượng tử.

Tuy nhiên, borophene chỉ tồn tại bên trong buồng chân không siêu cao, nên rất hạn chế trong việc sử dụng thực tế bên ngoài phòng thí nghiệm. Bằng cách liên kết borophene với hydro nguyên tử, nhóm nghiên cứu Northwestern đã tạo ra borophane, có đặc tính tuyệt vời tương tự như borophene và có thể ổn định bên ngoài chân không.

Mark C. Hersam, giáo sư về khoa học và kỹ thuật vật liệu tại Trường Kỹ thuật McCormick của Northwestern, Giám đốc của Trung tâm Khoa học và kỹ thuật nghiên cứu vật liệu, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết: “Vấn đề là nếu bạn đưa borophene ra khỏi chân không siêu cao và khi bay vào không khí, nó sẽ bị oxy hóa ngay lập tức. Một khi nó bị oxy hóa, nó không còn là borophene và không còn dẫn điện nữa. Việc khám phá ứng dụng trong thực tế của nó sẽ tiếp tục bị hạn chế trừ khi borophene ổn định bên ngoài một buồng chân không siêu cao”.

Mới đây, nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Science. Đây là nghiên cứu đánh dấu lần đầu tiên các nhà khoa học báo cáo quá trình tổng hợp borophane.

Mặc dù borophene thường được so sánh với tiền thân siêu vật liệu graphene, nhưng để tạo ra borophene khó hơn nhiều lần. Graphene là phiên bản của graphite, một vật liệu phân lớp bao gồm các g tấm chồng xếp hai chiều. Để loại bỏ một lớp hai chiều khỏi than chì, các nhà khoa học chỉ cần bóc nó ra. Mặt khác, boron không phân lớp khi ở dạng số lượng lớn. Năm năm trước, Hersam và các cộng sự đã tạo ra borophene lần đầu tiên bằng cách phát triển trực tiếp trên chất nền. Tuy nhiên, vật liệu tạo thành có phản ứng cao, làm cho nó dễ bị oxy hóa.

Hersam nói: “Các nguyên tử bo trong borophene rất dễ bị ảnh hưởng bởi các phản ứng hóa học khác. Chúng tôi phát hiện ra rằng một khi các nguyên tử bo được liên kết với hydro, chúng sẽ không còn phản ứng với oxy khi ở trong không khí”.

Giờ đây, borophane có thể được đưa ra ngoài thế giới thực, Hersam cho biết, các nhà nghiên cứu sẽ có thể khám phá nhanh hơn các đặc tính của borophane và các ứng dụng tiềm năng của nó.

“Quá trình tổng hợp vật liệu cũng giống như nướng bánh. Một khi biết công thức, không khó gì để làm nó. Tuy nhiên, nếu công thức chỉ cần sai lệch một chút, thì sản phẩm cuối cùng có thể thất bại một cách đáng sợ. Bằng cách chia sẻ công thức tối ưu tạo ra borophane với thế giới, chúng tôi dự đoán rằng việc sử dụng nó sẽ nhanh chóng sinh sôi nảy nở”, ông kết luận.

P.T.T (NASATI), theo https://phys.org/news/2021-03-scientists-stabilize-atomently-thin-boron.html, 11/3/2021