p Atomicamente fino, Nitreto de boro hexagonal 2-D (h-BN) é um material promissor, cuja multiforme capacidade de sofrer transformações de fase para fortes, superleve, quimicamente estável, os filmes resistentes à oxidação os tornam ideais para revestimentos de proteção, aplicações térmicas de nanotecnologia, emissores de luz ultravioleta profunda, e muito mais. p As possibilidades incorporadas em diferentes politipos de h-BN incluem a fase de diamante ultra-duro, uma estrutura cúbica (c-BN) com resistência e dureza perdendo apenas para diamantes de carbono reais. A chave para a fabricação de tais materiais é a capacidade de induzir e controlar a transformação entre suas várias fases cristalinas, de uma forma que seja eficiente e econômica o suficiente para permitir economias de escala.

p Embora sintetizar esses materiais em suas configurações "em massa" ou 3-D requer imensa pressão e calor, pesquisadores da NYU Tandon School of Engineering descobriram que o h-BN em camadas, folhas 2-D finas como uma molécula podem fazer a transição de fase para c-BN à temperatura ambiente.

p Em um novo estudo, uma equipe liderada por Elisa Riedo, Professor de Engenharia Química e Biomolecular na NYU Tandon, e em colaboração com Remi Dingreville no Center for Nanotechnologies at Sandia National Laboratories, produziu experimentos e simulações usando uma ponta nanoscópica comprimindo atomicamente fina, Camadas 2-D h-BN para revelar como essas transições de fase em temperatura ambiente ocorrem e como otimizá-las, em parte, variando o número de camadas no filme fino de h-BN.

p A pesquisa, "Formação induzida por pressão e propriedades mecânicas de nitreto de boro de diamante 2-D, "cujos autores incluem Angelo Bongiorno, Professor de Química da City University of New York; Filippo Cellini, ex-pós-doutorado no Laboratório PicoForce de Riedo na NYU Tandon; Elton Chen, do Sandia National Labs; Ryan L. Hartman, Professor Associado de Engenharia Química e Biomolecular na NYU Tandon; e Francesco Lavini e Filip Popovic, Ph.D. alunos do laboratório de Riedo, aparece como história de capa no Volume 8, Edição 2 da revista Ciência Avançada .

p “Quando BN está na fase de diamante, a dureza e a rigidez aumentam dramaticamente, e é, na verdade, quase tão duro quanto um diamante de carbono tradicional com uma estabilidade térmica e química melhorada, "disse Riedo, "Mas normalmente não pode ser encontrado na natureza. A formação de nitreto de boro cúbico deve ser realizada em um laboratório. Portanto, começamos a explorar a física e a compreensão da transição de fase de nitreto de boro hexagonal para cúbico no caso especial de filmes que são atomicamente afinar."

p Lavini explicou que o trabalho envolvia a aplicação de pressão a filmes h-BN atomicamente finos com uma série de camadas atômicas de um a dez, usando um microscópio de força atômica (AFM). Para testar a extensão da transição de fase da estrutura cristalina hexagonal para cúbica, a ponta de prova nanoscópica AFM simultaneamente aplica pressão e mede a elasticidade do material.

p "Um alto grau de rigidez demonstra a transição de fase para a estrutura do cristal de diamante. Isso é crítico porque não estava claro antes que a transição de fase pudesse ocorrer à temperatura ambiente, "ele explicou." Como toda a física das transições de fase é diferente em um 'universo' 2-D, estamos descobrindo e redefinindo algumas regras de materiais fundamentais. Neste estado, por exemplo, a barreira de energia para a transformação da fase hexagonal para a cúbica é muito menor. "

p Os experimentos e simulações também revelaram a espessura ideal para alcançar a transição para c-BN:os pesquisadores não observaram nenhuma transformação de fase em filmes de h-BN de camada única, enquanto os filmes de duas e três camadas mostraram um aumento de 50% na rigidez quando a pressão foi aplicada pela ponta nanoscópica, um proxy para a transição de fase h-BN-para-c-BN. Acima de três camadas, os pesquisadores observaram um grau decrescente de transição de fase do diamante.

p Por meio de simulações - descritas no estudo - os colaboradores também descobriram heterogeneidade na transição de fase:em vez de mudança espontânea para c-BN ocorrendo uniformemente sob pressão, eles descobriram que os diamantes se formavam em aglomerados, e expandido. Eles também observaram que quanto maior o número de camadas de h-BN, quanto menor o número de aglomerados de diamantes.

p Riedo explicou que os benefícios dos diamantes 2-D BN sobre o diamante de carbono 2-D (também conhecido como diamene) são adaptabilidade e economias potenciais de fabricação. "Recentemente, descobrimos que é possível induzir a formação de diameno a partir do grafeno, Contudo, tipos específicos de substratos ou produtos químicos são necessários, enquanto o h-BN pode formar diamantes em qualquer substrato na atmosfera ambiente. Em geral, é realmente emocionante a descoberta de novas propriedades excepcionais em fases de diamante induzidas por pressão em materiais 2-D ", disse ela.

p Riedo disse que a próxima fase será voltada para a pesquisa aplicada, com mais experimentos em larga escala sobre resistência mecânica para aplicações específicas.