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【深涂学会 科普知识】硼墨烯是新型二维材料 未来发展潜力巨大


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硼墨烯,一种二维材料,是元素硼形成的类似石墨烯的单层平面原子结构,是仅有一层原子厚度的薄膜。硼墨烯由人工合成,预测有多种结构,其拥有独特属性,展现出许多金属特性,特别是电子特性优异,是一种新型二维材料。

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  20世纪90年代中期,硼墨烯被首次理论预测存在,2015年,硼墨烯在实验室中得到证实,由于具有高度多态性,硼墨烯预测存在多种结构。硼墨烯具有稳定性高、机械性能好、硬度高、杨氏模量高等特点。与目前研究成果多、应用需求持续扩大的石墨烯相比,硼墨烯机械性能、硬度与之接近,杨氏模量在水平方向上更高,而在垂直方向上较低,存在性能差异。 

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硼墨烯制备与石墨烯不同,石墨由多层二维层堆叠形成,剥离单层二维层即得到石墨烯,而硼并非由二维层堆叠形成,天然不存在,无法通过剥离得到,必须人工合成。目前,硼墨烯制备主要采用物理气相沉积法,在超高级真空条件下,将硼气化,气化产生的粒子沉积到基底上(一般采用金属基底),形成单层薄膜,从而得到硼墨烯。 

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根据新思界产业研究中心发布的《2022-2027年中国硼墨烯行业市场深度调研及发展前景预测报告》显示,与石墨烯相比,硼墨烯强度更高、结构灵活性更高,可以广泛应用在传感器、太阳能电池、储能、柔性电子、催化化学等领域。特别是在太阳能电池领域,硼墨烯可作为功能更为强大的新型负极材料,用于锂离子电池制造中。目前,在实验室中已制备出多种结构的硼墨烯,主要是多晶型硼墨烯,在实际应用中,单晶型硼墨烯需求更多,因此硼墨烯技术研究还在不断深入。 

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2022年1月,美国耶鲁大学团队在方形晶格Cu(100)表面上合成微米级的硼墨烯单晶,这是与之前研究都不相同的硼墨烯晶型,并且发现可以通过基底和表面材料的选择来设计平面内硼墨烯结构。除耶鲁大学外,国内外硼墨烯相关科研院所还有中国清华大学、中国厦门大学、美国布朗大学、美国西北大学、美国纽约州立大学石溪分校、美国阿贡国家实验室等。

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新思界行业分析人士表示,为推动工业技术升级,全球市场对新材料的研究与应用关注度高,政府与资本在新材料研究领域的投资力度不断加大,高性能新材料不断被研发问世,实现商业化发展速度加快。硼墨烯作为新型的二维材料,具有优异的电子特性,在电子、能源等产业中拥有巨大发展潜力,短期来看由于仍处于研究阶段,其应用市场尚未形成,但长期来看,对比石墨烯,其拥有广阔市场空间。

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来源:新思界

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