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La combinazione magica di carbonio e azoto: perché questa nanostruttura può esistere stabilmente nel vuoto e nei liquidi?
Il nanomesh è un materiale bidimensionale nanostrutturato inorganico simile al grafene. Questo materiale è stato scoperto nel 2003 presso l'Università di Zurigo in Svizzera. È composto principalmente da atomi di boro (B) e azoto (N). Si forma tramite autoassemblaggio ad alta temperatura esponendo una superficie pulita di platino o rodio al boro. composti di azoto. Struttura a maglie molto regolari. La nanorete mostra la combinazione di fori esagonali in grande dettaglio. Alla scala nanometrica, la distanza tra i centri di ogni due fori è di soli 3,2 nanometri, mentre il diametro di ogni foro è di circa 2 nanometri e la profondità è di 0,05 nanometri. Le regioni più in basso sono saldamente legate al metallo sottostante, mentre le regioni più in alto sono collegate alla superficie solo da forti forze coesive all'interno dello strato.
"Non solo la nanomesh è stabile nel vuoto, nell'aria e in alcuni liquidi, ma può anche resistere a temperature fino a 796°C (1070K)."
Ciò che rende speciale questa nanorete di boro e azoto è la sua capacità di catturare molecole e cluster metallici di dimensioni simili ai fori della nanorete e di formare una disposizione ordinata. Queste proprietà rendono il materiale potenzialmente utile in applicazioni quali la funzionalizzazione delle superfici, l'elettronica di spin, l'informatica quantistica e i supporti di archiviazione dati come i dischi rigidi.
Struttura
La nanomesh di nitruro di idrogeno (h-BN) è un singolo strato di nitruro di boro esagonale formato attraverso un processo di autoassemblaggio su un substrato come cristalli di rubidio (Rh(111)) o platino (Ru(0001)). La sua costante reticolare è pari a 3,2 nanometri e la cella unitaria è composta da 13x13 atomi di BN o 12x12 atomi di Rh, il che significa che in una cella unitaria 13 atomi di boro o azoto sono posizionati su 12 atomi di rubidio. A causa della differenza nella forza attrattiva di alcuni legami chimici, si verificano delle fluttuazioni (ondulazione) nella nanorete, che a loro volta ne influenzano le proprietà elettriche.
"La microscopia a scansione a effetto tunnel (STM) distingue chiaramente due diverse regioni BN; una regione fortemente legata situata all'interno dei pori e una regione più debole situata all'interno della rete connessa." < /p>
Caratteristiche
Questa nanorete mostra stabilità in vari ambienti, tra cui aria, acqua ed elettroliti. Inoltre, resiste a temperature fino a 1275K senza decomporsi. Queste straordinarie stabilità consentono alla nanomesh di fungere da impalcatura per nanocluster metallici e di catturare efficacemente le molecole in disposizioni regolari. Ad esempio, quando l'oro (Au) viene evaporato sulla nanomesh, si formano nanoparticelle di Au con distinte forme rotonde, che si concentrano nei fori della nanomesh.
"Ciò significa che le distanze tra le molecole in questi sistemi sono ampie e le interazioni intermolecolari sono deboli, il che potrebbe essere di interesse in applicazioni quali l'elettronica molecolare e i dispositivi di memoria."
Preparazione e analisi
Le magnifiche nanoreti sono state create mediante la decomposizione termica dell'HBNH, una sostanza incolore che a temperatura ambiente è liquida. La superficie di Rh(111) o Ru(0001) viene rivestita in un ambiente privo di polvere e i composti di nitruro di boro vengono impiantati mediante deposizione chimica da vapore (CVD) e mantenuti a 796°C (1070K) per la reazione. Successivamente, la sua struttura è stata osservata utilizzando tecniche come la microscopia a scansione a effetto tunnel e la diffrazione di elettroni a bassa energia.
Altre forme e prospettive future
La deposizione CVD di composti di nitruro di boro su altri substrati non ha avuto successo nella produzione di nanoreti ondulate. Su Ni e Pt è stato osservato uno strato piatto di BN, mentre su Mo è stata osservata una struttura esfoliata. Questi risultati evidenziano l'unicità della struttura nanomesh e il comportamento chimico durante la sua formazione.
Quando pensiamo alle potenziali applicazioni di questa nanostruttura, come potrebbe influenzare la scienza dei materiali e vari sviluppi tecnologici in futuro?
