یک گروه تحقیقاتی بینالمللی از طریق انجام محاسبات نشان دادهاند که شاید بتوان از راهکار هیدروژنه کردن برای تنظیم ساختار باندی ساختارهای گرافنمانندِ نیترید بور بهره برد.
کنترل ویژگیهای نانوروبانهای نیترید بور
یک گروه تحقیقاتی بینالمللی از طریق انجام محاسبات نشان دادهاند که شاید بتوان از راهکار هیدروژنه کردن برای تنظیم ساختار باندی ساختارهای گرافنمانندِ نیترید بور بهره برد.
بور و نیتروژن همسایههای کربن در جدول تناوبی بوده و شعاع اتمی آنها تقریباً با شعاع اتمی کربن برابر است. بنابراین تعجبآور نیست که ساختار بلوری کربن و نیترید بور مشابهتهایی باهم دارند. پژوهشگران روی نانوساختارهای مختلف نیترید بور همچون نانولولهها، نانوورقهها و نانوروبانها کار کرده و مشابهتها و تفاوتهایی میان این ساختارها و ساختارهای مشابه کربنی یافتهاند.
بریدن تکلایههای نیترید بلور (مشابه گرافن) امکان تولید نانوروبانهای نیترید بور (BNNRs) را ایجاد میکند. نانومواد نیترید بور پایداری شیمیایی و حرارتی بالایی داشته و امکان استفاده از آنها در ابزارهای الکترونیکی نانومقیاس وجود دارد.
ژونگ فانگ چن استادیار دانشکده شیمی دانشگاه پورتوریکو میگوید: «با این حال نانومواد نیترید بور مواد نیمهرسانا با شکاف باندی پهن هستند. ساختار باندی این مواد بسیار قوی بوده و تنظیم آنها بسیار دشوار است؛ این امر یک مانع بزرگ در بهکارگیری آنها در ابزارهای نانوالکترونیکی محسوب میشود. در نتیجه تلاشهای زیادی برای کنترل ساختار باندی نانومواد نیترید بور صورت گرفته است».
اخیراً پژوهشگران دریافتهاند که میتوان ویژگیهای گرافن را از طریق هیدروژنه کردن برگشتپذیر آن به گرافان کنترل کرد. این اولین کاری است که نشان میدهد میتوان از واکنشهای شیمیایی برای تنظیم ویژگیهای نانوموادی همچون گرافن بهره برده و آن را برای کاربردهای خاص طراحی کرد.
حال یک گروه تحقیقاتی بینالمللی به رهبری چن و ژن ژو، استادیار دانشگاه نانکای در چین پیشبینی کردهاند که شاید بتوان از همین راهکار هیدروژنه کردن برای تنظیم ساختار باندی ساختارهای گرافنمانندِ نیترید بور بهره برد.
این گروه با انجام محاسبات اصول اولیه در مقیاس بزرگ نشان دادهاند که BNNRهای زیگزاگ کاملاً هیدروژنه، فرومغناطیس و فلزی هستند و BNNRهای زیگزاگ که تا حدی هیدروژنه شدهاند (استفاده از BNNRهای کاملاً هیدروژنه و BNNRهای غیرهیدروژنه بهعنوان واحدهای ساختمانی) ویژگیهای الکترونیکی و مغناطیسی متنوعی از خود بروز میدهند: اگر درصد نانوروبانهای هیدروژنه بسیار کم باشد، ماده بهدست آمده نیمهرسانا و غیرمغناطیسی است. با افزایش درصد نانوروبانهای هیدروژنه، ماده از نیمهرسانایی به نیمهفلزی و در نهایت فلزی، و از غیرمغناطیسی به مغناطیسی تبدیل میشود.
چن توضیح میدهد: «این یعنی با کنترل نسبت هیدروژناسیون میتوان ویژگیهای الکترونیکی و مغناطیسی نانوروبانهای زیگزاگ را تنظیم کرد. بدین ترتیب نانومواد نیترید بور میتوانند کاربردهای بالقوه زیادی در حوزه نانوابزارهای عملکردی یکپارچه داشته باشند».
این یافتههای جدید میتوانند محققان را به سمت ایجاد ویژگیهای الکترونیکی و مغناطیسی متنوع در نانومواد مبتنی بر نیترید بور رهنمون سازند.
جزئیات این تحقیق در مجله American Chemical Society منتشر شده است.
