بوروفن

بندانگشتی|نمایی از عنصر بور
**بوروفن**(Borophene) يک تک‌لايۀ بلوری از اتم‌های بور است؛ يعنی يک آلوتروپ دوبعدی بور که با نام «ورقهٔ بور» نیز شناخته می‌شود. این ماده نخستین‌بار در میانهٔ دههٔ ۱۹۹۰ به صورت نظری پیش‌بینی شد و در سال ۲۰۱۵ ساختارهای مختلف آن به‌طور تجربی تأیید گردید. 

## ویژگی‌ها
بندانگشتی|354x354پیکسل|شکل۱: ساختار اتمی بوروفن
به‌صورت تجربی، انواع مختلفی از بوروفن‌های فلزی، بلوری و اتمی نازک روی سطوح فلزی تمیز و در شرایط خلأ فوق‌العاده بالا سنتز شده‌اند.ساختار اتمی آن از ترکیبی از الگوهای مثلثی و شش‌ضلعی تشکیل شده است(همان‌گونه که در شکل ۱ نشان داده شده). این ساختار اتمی نتیجه‌ی برهم‌کنش میان پیوندهای درون صفحه‌ای دومرکزی و چندمرکزی است؛ رفتاری که برای عناصر با کمبود الکترون مثل بور رایج است.بوروفن‌ها خاصیت کشسانی درون صفحه‌ای و استحکام ایده‌آل دارند. در برخی پیکربندی‌‌ها می‌تواند از گرافن قوی‌تر و منعطف‌تر باشد.

از آنجا که پیش‌بینی نظری نشان می‌دهد بوروفن ساختاری فلزی دارد و بور عنصری بسیار سبک است، انتظار می‌رود بوروفن سبک‌ترین فلز دوبعدی قابل سنتز باشد. همچون بسیاری از مواد دوبعدی، بوروفن نیز خواص نامتقارن (ناهمسانگرد) دارد. این نکته مهم است که بوروفن‌ها هنگام کشش درون‌صفحه‌ای، به‌جای گسیختن، دچار گذارهای ساختاری جدید می‌شوند، زیرا پیوندهای چندمرکزی درون‌صفحه‌ای ماهیتی سیال‌گونه دارند.

از نظر خواص مکانیکی، بوروفنv1/6( که این کسر نشان‌دهنده چگالی شش‌ضلعی‌های توخالی است) به صورت نظری پیش‌بینی شده که مدول درون‌صفحه‌ای آن تا ۲۱۰ نیوتون بر متر و ضریب پواسون آن تا ۰.۱۷ باشد. همچنین پیش‌بینی میشود که این مدول نسبت به تغییر فاز نسبتا پایدار بماند، حتی وقتی v از ۱/۵ تا ۱/۹ تغییر کند. این نکته به ویژه حائز اهمیت است زیرا بوروفن‌ها هنگام اعمال کشش درون‌صفحه‌ای، به‌جای شکستن،دچار گذار ساختاری جدید می‌شوند، به دلیل ماهیت سیال‌گونه پیوندهای چندمرکزی درون‌صفحه‌ای آن‌ها همچنین پیش‌بینی شده است که بوروفن v1/6 دارای سختی خمشی برون‌صفحه‌ای برابر با ۰.۳۹ الکترون‌ولت باشد،که کم‌تر از هر ماده دوبعدی گزارش شده‌ی دیگر است.

این خواص پیش‌بینی‌شده تا حدی توسط کارهای تجربی پشتیبانی می‌شوند، جایی که بوروفن v1/6 روی یک زیرلایه بازساخت‌یافته‌ی Ag(111) سنتز شد. به جای رشد به صورت ورقه‌های مسطح و صاف همان‌طور که برای زیرلایه‌های مسطح Ag(111) انتظار می‌رفت، بوروفن به شکل موج‌دار درآمد و به‌طور نزدیک به ردیف‌های برجسته زیرلایه بازساخت‌یافته Ag(111) پیوست.

نسبت مدول به سختی( که به آن عدد فپل-فون کارمن بر واحد سطح گفته می‌شود و انعطاف‌پذیری ماده را به‌طور موثر توصیف می‌کند) برای فاز v1/6 حدود ۵۷۰ نانومتر -۲ است.

برای کاربردهای الکترونیک انعطاف‌پذیر، مواد باید بتوانند کشیده شوند، فشرده شوند و حتی در هندسه‌های پیچیده پیچانده شوند؛ اما اغلب مواد دوبعدی موجود به‌دلیل مقاومت بالا در برابر تغییر شکل درون‌صفحه‌ای، این قابلیت‌ها را ندارند. بوروفن موج‌دار یک ماده‌ی امیدبخش در الکترونیک انعطاف‌پذیر است؛ زیرا مواد دوبعدی موج‌دار که روی زیرلایه‌های الاستومری قرار می‌گیرند، باید همچنان به‌سادگی خم شوند و تغییر شکل‌های درون‌صفحه‌ای بزرگ را تحمل کنند. خواص مکانیکی این نوع بوروفن با محاسبات اصول اولیه بررسی شده و نشان داده شده که مقادیر آن با خواصی که پیش‌تر ذکر شد هم‌خوانی دارند.

در مقایسه با گرافن (ماده‌ی دو بعدی شاخص)، مدول و سختی خمشی بوروفن پایین‌تر، اما ضریب پواسون مشابه است. بنابراین، بوروفن می‌تواند کاربردهایی مانند عنصر‌های تقویت‌کننده در کامپوزیت‌ها، اتصالات الکترونیکی انعطاف‌پذیر، الکترودها و نمایشگرها داشته باشد.

بوروفن همچنین به دلیل ظرفیت‌های ویژهٔ تئوریک بالا، رسانایی الکترونی مناسب و قابلیت انتقال یون، گزینه‌ای امیدبخش برای استفاده به‌عنوان آند در باتری‌ها است. هیدروژن به راحتی به بوروفن جذب می‌شود و امکان ذخیره‌سازی هیدروژن با بیش از ۱۵٪ وزن مواد را فراهم می‌کند. بوروفن می‌تواند تجزیه‌ی هیدروژن را کاتالیز کند و همچنین قادر به کاهش آب است.علاوه بر ویژگی‌های مکانیکی، بوروفن دارای رسانایی گرمایی بالا در راستاهای خاص است.این ویژگی باعث میشود که بتوان از آن به‌عنوان لایه‌ی انتقال حرارت در دستگاه‌های الکترونیکی استفاده کرد.

## تاریخچه
بندانگشتی|بیست وجهی
مطالعات محاسباتی انجام شده توسط I. Boustani و  A. Quandt  نشان داده شد که خوشه‌های کوچک بور هندسه‌ای شبیه به بوران‌ها با ساختار ایکوساهدرال/بیست‌وجهی را اتخاذ نمی‌کنند؛ در عوض، آن‌ها نیمه مسطح(quasi-planar) از آب درمی‌آیند(شکل۲). این نتیجه به کشف آن‌چه به عنوان «اصل آفبا» شناخته می‌شود انجامید که پیش‌بینی‌کنندهٔ امکان وجود بوروفن(ورقه‌های بور)، فولرن‌های بور(بوروسفرن) و نانولوله‌های بور را پیش‌بینی می‌کرد.

مطالعات دیگری نشان داد که بوروفن گستردهٔ مثلثی‌شکل(شکل۱(c)) فلزی است و هندسه‌ای غیربرخطی و مواج دارد. پژوهش‌های محاسباتی بیشتر که با پیش‌بینی فولرن پایدار **B80** آغاز شد، پیشنهاد کردند که ورقه های گستردهٔ بوروفن با ساختار لانه‌زنبوری و با حفره‌های شش ضلعی نیمه‌پر نیز پایدار هستند.
بندانگشتی|شکل۲: ‌‌'''B36'''
تخت بودن خوشه‌های بور نخسیت بار به‌طور تجربی توسط گروه پژوهشی ال.-اس.وانگ تأیید شد. آن‌ها بعدا نشان دادند که ساختار**B36** (شکل ۲) کوچک‌ترین خوشهٔ بور است که تقارن شش‌برابری و یک حفرهٔ شش‌ضلعی کامل دارد و می‌تواند به عنوان زیربنای بالقوه‌ای برای ورقه‌های دوبعدی گستردهٔ بور عمل کند.

پس از سنتز سیلیسین، گروه های مختلف پیش‌بینی کردند که بوروفن را می‌توان با کمک یک سطح فلزی به‌طور تجربی ایجاد کرد. به‌طور خاص، نشان داده شد که ساختار شبکه‌ای بوروفن بستگی به سطح فلز دارد و با حالت آزاد بدون زیرلایه متفاوت است. درسال ۲۰۱۵ دو گروه پژوهشی مختلف توانستند فازهای گوناگون بوروفن را روی سطح نقره(۱۱۱) و در شرایط خلأ فوق‌العاده بالا سنتز کنند. از میان سه فاز بوروفن سنتزشده(شکل ۱) ورقه v1/6 توسط نظریه‌ای پیشین به‌عنوان حالت پایه روی سطح Ag(111) نشان داده شد، درحالی که بوروفن χ3 پیش‌تر توسط تیم زنگ در سال ۲۰۱۲ پیش‌بینی شده بود.

تاکنون بوروفن تنها روی زیرلایه‌ها (substrates) وجود دارد؛

انتقال آن به یک زیرلایهٔ سازگار با دستگاه‌ها ضروری است، اما همچنان یک چالش حل نشده باقی مانده است.

## سنتز
اپیتاکسی پرتو مولکولی(Molecular Beam Epitaxy) روش اصلی برای رشد بوروفن با کیفیت بالا است.نقطهٔ ذوب بسیار بالای بور و همچنین رشد بوروفن‌ها در دماهای نسبتاً متوسط، چالشی جدی برای سنتز آن‌ها ایجاد کرده بود. با استفاده از پیرولیز دی‌بوران به عنوان یک منبع بور خالص، گروهی از پژوهشگران برای نخستین‌بار رشد ورقه‌های بوروفن با ضخامت اتمی را به وسیلهٔ رسوب‌دهی شیمیایی از فاز بخار(CVD) گزارش کردند. مشخصه‌یابی در مقیاس اتمی_که با محاسبات نظری نیز پشتیبانی شد_ ساختارهایی را آشکار کرد که شبیه خوشه‌های بور به‌هم جوش‌خورده با الگوهای ترکیبی مثلثی و شش ضلعی هستند؛ دقیقاً همان‌طور که پیش‌تر در نظریه پیش‌بینی شده بود و در شکل ۱ نشان داده شده است. طیف‌سنجی تونلی روبشی تایید کرد که بوروفن‌ها فلزی هستند. این رفتار در تضاد با آلوتروپ‌های حجیم بور است که نیمه‌رسانا هستند.

در سال ۲۰۲۱ پژوهشگران از سنتز بوروفن هیدروژنه روی زیرلایهٔ نقره خبر دادند که «بوروفان» نام گرفت. این مادهٔ جدید گفته شد که نسبت به بوروفن تشکیل دهندهٔ خود پایدارتر است. هیدروژنه‌سازی، نرخ اکسیداسیون را پس از قرارگرفتن در محیط، بیش از دو مرتبهٔ بزرگی کاهش می‌دهد.

## بوروفن چندلایه
شواهد تجربی که تشکیل ورقه‌های بوروفن دولایه و سه‌لایه روی هم‌انباشته را تأیید می‌کرد، ابتدا در لایه‌های بوروفن رشدیافته با CVD مشاهده شد. مدت کوتاهی پس از آن، ایجاد بوروفن دولایه در اوت ۲۰۲۱ اعلام شد.

## جستار وابسته

* ايزوتوپ‌های برم
* نیترید بور
* نانو مواد
* برآرایی پرتومولکولی
* بور

## منابع

رده:مقاله‌های ایجادشده توسط ایجادگر
رده:دگرشکل‌های بور