مزیت ساختار دو بعدی بور به گرافن

به‌تازگی مقاله‌ای در نشریهNano Letters به چاپ رسیده است که در آن بوریس
یاکوبسان و همکارانش در دانشگاه رایس جزئیاتی از یک روش جدید برای آنالیز
پیکربندی‌های مختلف ورق دو بعدی بور ارائه کرده‌اند. برای این که این
ساختار را متصور شوید، پنیر سوئیسی را به یاد آورید. این ورقه‌ها به صورت
لوله‌ای شکل در آمده و ساختاری توخالی ایجاد می‌کند که نسبت به
نانولوله‌های کربنی مزیت دارد.

برای مثال نانولوله‌های بور همیشه خاصیت فلزی دارند در حالی که
نانولوله‌های کربنی هم فلزی و هم نیمه‌هادی می‌توانند باشند. این مسئله به
چیدمان اتم‌ها در نانولوله بستگی دارد که به آن کایرالیتی گفته می‌شود.
کایرالیتی یکی از موانع پردازش و توسعه نانولوله‌های کربنی است.

شبکه بور که ساختاری دو بعدی دارد می‌تواند پیکربندی‌های مختلفی داشته
باشد. اتم‌ها در این ساختار به‌صورت مثلثی شکل هستند اما اگر یک اتم از این
ساختار خارج گردد آنگاه شش مثلث تشکیل یک شش ضلعی می‌دهند. با خارج کردن
اتم‌های بیشتری می‌توان ساختاری نظیر گرافن ایجاد کرد. بین این دو حالت
می‌توان پیکربندی‌های متعددی را ایجاد نمود.

یاکوبسان می‌گوید کربن ساختار تعریف شده‌ای دارد، هر گونه انحراف از فرم شش
ضلعی در ساختار گرافن نوع نقص محسوب می‌شود. اما ما دریافته‌ایم که تنوع
بی‌نظیری در ساختار بور دو بعدی وجود دارد، این ساختارها کاملا خالص هستند
به طوری که با خارج شدن اتم بور از این ساختار هیچ اتم خارجی جایگزین آن
نمی‌شود. این نتیجه بسیار جالب توجه است چرا که طبیعت ترجیح می‌دهد سایت‌ها
خالی بماند.

پژوهشگران دریافتند که ۱۰ تا ۱۵ درصد از اتم‌های بور در این ساختار گم
شده‌اند این ساختارهای خالی قادرند الگوهای مختلفی را ایجاد کنند. یاکوبسان
با استفاده از روش‌های محاسباتی رایج، هزاران پیکربندی مربوط به بور را
مورد ارزیابی قرار داده است. برای این ارزیابی، پژوهشگران از روشی رایج که
برای بررسی آلیاژ استفاده می‌شود، بهره جستند. در این روش حفره به مثابه
فلز دوم در ساختار آلیاژ قلمداد می‌شود. با این کار محققان دریافتند که یک
محدوده انرژی برای تعیین ورقه‌های پایدار بور حاوی یک غلظت مشخص از حفره
وجود دارد. آنها دریافتند که احتمالا ساختار لایه‌های بور به‌صورت پلیمری
است.