O tym piszą autorzy publikacji zamieszczonej w Nature Chemistry. Zanim jednak przejdziemy do konkretów, zacznijmy od przypomnienia, iż boron jest piątym pierwiastkiem układu okresowego i występuje w wielu odmianach strukturalnych, czyli alotropach. Jego typowe formy mają jednak charakterystyczne cechy: są bardzo twarde, ale jednocześnie kruche i słabo przewodzą prąd. Wynika to między innymi z ich zwartej struktury, w której atomy boru tworzą stabilne, silnie związane sieci. Nowa odmiana zachowuje ten sam skład chemiczny, lecz jej atomy są rozmieszczone w zupełnie inny sposób.
Czytaj też: Alternatywny diament wprost z laboratorium. Nigdy przedtem nie udało się uzyskać takiego materiału
Imma-B60 ma strukturę, którą inżynierowie określają mianem otwartego szkieletu. Tworzą ją między innymi dwunastoatomowe klastry boru, czyli charakterystyczne dla tego pierwiastka jednostki B12, połączone z trójatomowymi grupami boru. W przeciwieństwie do klasycznych odmian materiał nie tworzy zwartej, przestrzennej konstrukcji. Powstaje bardziej porowata sieć, w której możliwe jest przemieszczanie się poszczególnych warstw atomów.
To właśnie budowa materiału odpowiada za jego niezwykłe właściwości mechaniczne. Podczas eksperymentów naukowcy poddawali mikroskopijne filary wykonane z Imma-B60 kontrolowanemu ściskaniu. W toku obserwacji członkowie zespołu badawczego dostrzegli trwałe odkształcenie materiału bez jego gwałtownego rozpadu. Co ciekawe, o ile w tradycyjnych kryształach boru silne wiązania powodują, iż materiał po przekroczeniu określonego obciążenia zaczyna pękać, tak w Imma-B60 warstwy atomów mogą przesuwać się względem siebie. Proces ten jest związany z przemieszczaniem się dyslokacji w strukturze krystalicznej. Dzięki temu materiał może absorbować część naprężeń poprzez zmianę kształtu, zamiast natychmiastowego powstania pęknięcia.
Równie zaskakujące są właściwości elektryczne nowego boru. Jego przerwa energetyczna wynosi mniej niż 0,2 elektronowolta, co plasuje materiał w obszarze charakterystycznym dla wąskopasmowych półprzewodników. Zmierzona przewodność elektryczna wyniosła około 900 siemensów na metr. Według autorów badania jest to około siedem rzędów wielkości więcej niż w typowej odmianie beta-boru.
Jeśli zaś chodzi o okoliczności powstania tego materiału, to przedstawiciele Yanshan University i innych chińskich instytucji nie próbowali bezpośrednio stworzyć otwartej struktury czystego boru. Najpierw przygotowali związek Na4B60, w którym atomy sodu działały jak swego rodzaju tymczasowe rusztowanie dla sieci borowej. Podczas syntezy wykorzystali wysokie ciśnienie i temperaturę, a obecność warstw cynku pomogła im uzyskać większe i lepszej jakości kryształy.
Czytaj też: Naukowcy złamali materiałową zasadę. Ten izolator przeczy intuicji
Następnie kryształy poddali działaniu wysokiej temperatury w próżni. Przez około 48 godzin w temperaturze około 900 stopni Celsjusza usuwali z ich wnętrza sód. Pozostała po nim otwarta struktura borowa, która zachowała swoją stabilność i utworzyła Imma-B60. To właśnie wykorzystanie tymczasowego “rusztowania” pozwoliło uzyskać strukturę, której bezpośrednia synteza byłaby znacznie trudniejsza. Połączenie niewielkiej masy, przewodnictwa elektrycznego i odporności na trwałe odkształcenia czyni Imma-B60 interesującym materiałem do dalszych badań nad elektroniką, lekkimi elektrodami czy elementami półprzewodnikowymi. Poza tym w grę wchodzą potencjalne zastosowania w materiałach termoelektrycznych, choć są to na razie kierunki przyszłych badań, a nie gotowe technologie.
Źródło: Nature
