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  • O boro bidimensional tem vantagens potenciais sobre o grafeno
    p Os pesquisadores da Rice University calcularam que folhas bidimensionais de boro puramente metálico podem assumir muitas formas, com grupos de vagas onde os átomos saem da matriz, deixando espaços hexagonais. (Crédito:Evgeni Penev / Rice University)

    p (Phys.org) - Quando nada é realmente algo? Quando isso leva a uma revelação sobre o boro, um elemento com mundos de potencial inexplorado. p O físico teórico Boris Yakobson e sua equipe da Rice University adotaram uma abordagem incomum para analisar as configurações possíveis de folhas bidimensionais de boro, conforme relatado esta semana no jornal American Chemical Society Nano Letras .

    p Tratá-lo como um queijo suíço - em que os buracos são tão definidores quanto o próprio queijo - foi o conceito-chave para descobrir como seriam as folhas de boro da espessura de um átomo. Essas folhas, quando enrolado em um tubo oco, ou nanotubo, poderia ter uma vantagem distinta sobre os nanotubos de carbono; nanotubos de boro são sempre metálicos, enquanto os átomos de carbono em um nanotubos podem ser dispostos para formar nanotubos metálicos ou semicondutores. Essa variação no arranjo atômico - conhecida como quiralidade - é um dos maiores obstáculos para o processamento e desenvolvimento de nanotubos de carbono.

    p “Se eu sonho loucamente, Gosto de pensar que os nanotubos de boro seriam um ótimo fio quântico para transporte de energia, ”Disse Yakobson, Karl F. Hasselmann, professor de Engenharia Mecânica e Ciência dos Materiais de Rice e professor de química. “Teria os benefícios do carbono, mas sem o desafio de selecionar uma simetria particular. ”

    p Uma rede de boro, mesmo em apenas duas dimensões, pode ter uma variedade de configurações, Yakobson disse. Totalmente embalado, é uma camada de átomos dispostos em triângulos. Esse é um extremo. Mas tire um átomo, e o que era o centro de seis triângulos torna-se um hexágono. Retire todos esses átomos possíveis e a folha se parece exatamente com o grafeno, o bidimensional, forma de carbono com a espessura de um único átomo que tem sido a última moda no mundo da química e da ciência dos materiais na última década.

    p Entre esses dois extremos estão milhares de formas possíveis de boro puro, nas quais os átomos ausentes deixam padrões de buracos hexagonais.

    p Os pesquisadores da Rice University liderados pelo físico teórico Boris Yakobson usaram uma técnica geralmente aplicada a ligas para explorar a rica variedade de boro bidimensional. Eles trataram as vagas no boro como os buracos no queijo suíço, como um elemento essencial à sua existência. (Crédito:Evgeni Penev / Rice University)

    p “O carbono é bem definido, ”Disse Yakobson, cujas teorias se concentram nas interações em jogo entre os átomos à medida que eles se ligam e se rompem. “Qualquer desvio na forma hexagonal do grafeno é o que chamamos de defeito, que tem conotações negativas.

    p “Mas descobrimos que existe uma rica variedade de boro bidimensional, Disse ele. “Está tudo purificado - não há nenhum boro aqui, mesmo que haja vagas, sites vazios. O surpreendente é que a natureza prefere que as coisas sejam assim; Não hexagonal, onde cada terceira posição está faltando um átomo, e não uma rede triangular. O ideal está bem no meio. ”

    p Nesse meio-termo mais estável, os pesquisadores descobriram que faltavam de 10 a 15 por cento dos átomos de boro em uma rede, deixando “concentrações de vacância” em uma variedade de padrões.

    p Yakobson disse que usar métodos computacionais tradicionais para avaliar milhares de configurações de boro teria custado muito e demorado muito. Então, ele e o cientista pesquisador de Rice, Evgeni Penev, aplicaram a expansão do cluster, um método de cálculo mais comumente aplicado a ligas.

    p “Evgeni deu uma reviravolta:ele tratou os espaços vazios como o segundo ingrediente da liga, da mesma forma, você não pode ter queijo suíço sem "ligado" em vazios e queijo real. Neste cálculo, os buracos são iguais, entidade física. ”

    p Com o espaço como uma pseudo-liga, os pesquisadores descobriram uma gama de energias de formação que podem ser empregadas para identificar folhas estáveis ​​de boro com concentrações de vacância particulares. Eles também descobriram que as camadas de boro sintetizadas provavelmente seriam polimórficas:cada folha poderia conter uma confusão de padrões e ainda ser considerada boro puro.

    p “Polimórfico significa que todas essas possibilidades são praticamente iguais, e igualmente provável de formar, ”Yakobson disse.

    p “Esta é uma pequena parte da física fundamental, ”Penev disse. “O próximo passo é considerar coisas mais práticas, como se pode ser sintetizado e em que condições. ”

    p Yakobson, que em 2007 teorizou pela primeira vez a possibilidade de uma “buckyball de boro de 80 átomos, ”Disse que embora seja difícil trabalhar com o boro, essa dificuldade o torna mais gratificante. “Por um lado, é muito difícil conceber uma possibilidade ou obter evidências experimentais. Por outro lado, o campo não é tão lotado quanto o grafeno. ”

    p Os co-autores do artigo são os pesquisadores de pós-doutorado de Rice, Somnath Bhowmick e Arta Sadrzadeh.


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