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탄소와 질소의 마법같은 조합: 이 나노구조가 진공과 액체에서 안정적으로 존재할 수 있는 이유는 무엇일까?
나노메시는 그래핀과 유사한 무기 나노구조의 2차원 소재입니다. 이 물질은 2003년 스위스 취리히 대학에서 발견되었습니다. 주로 붕소(B)와 질소(N) 원자로 구성되어 있습니다. 깨끗한 백금이나 로듐 표면을 붕소에 노출시켜 고온에서 자체 조립하여 형성됩니다. 질소 화합물. 매우 규칙적인 메시 구조. 나노넷은 육각형 구멍의 조합을 매우 자세히 보여줍니다. 나노스케일에서 두 구멍의 중심 간 거리는 불과 3.2나노미터이고, 각 구멍의 직경은 약 2나노미터이고 깊이는 0.05나노미터입니다. 가장 아래쪽 영역은 밑에 있는 금속에 단단히 결합되어 있는 반면, 가장 위쪽 영역은 층 내부의 강력한 응집력에 의해서만 표면과 연결되어 있습니다.
"나노메시는 진공, 공기 및 특정 액체에서 안정적일 뿐만 아니라 최대 796°C(1070K)의 온도도 견딜 수 있습니다."
이 붕소-질소 나노메시의 특별한 점은 나노메시 구멍과 비슷한 크기의 분자와 금속 클러스터를 포집하여 질서 있는 배열을 형성할 수 있다는 것입니다. 이러한 특성으로 인해 이 소재는 표면 기능화, 스핀 전자공학, 양자 컴퓨팅, 하드 드라이브와 같은 데이터 저장 매체와 같은 응용 분야에서 잠재적으로 유용하게 사용될 수 있습니다.
구조
질화수소(h-BN) 나노메시는 루비듐(Rh(111))이나 백금(Ru(0001)) 결정과 같은 기질에서 자가조립 공정을 통해 형성된 육각형 질화붕소 단일 층입니다. 격자 상수는 3.2나노미터이고, 단위 셀은 13x13 BN 또는 12x12 Rh 원자로 구성됩니다. 즉, 단위 셀 하나에서 13개의 붕소 또는 질소 원자가 12개의 루비듐 원자에 위치합니다. 특정 화학 결합의 인력 차이로 인해 나노메시에 변동(주름)이 발생하고, 이로 인해 전기적 특성에 영향을 미칩니다.
"주사 터널링 현미경(STM)은 두 개의 다른 BN 영역을 명확히 구분합니다. 즉, 기공 내에 위치한 강하게 결합된 영역과 연결된 네트워크 내에 위치한 약한 영역입니다."
특징
이 나노넷은 공기, 물, 전해질을 포함한 다양한 환경에서 안정성을 보입니다. 또한 최대 1275K의 온도에서도 분해되지 않습니다. 이러한 놀라운 안정성 덕분에 나노메시는 금속 나노클러스터의 스캐폴드 역할을 하며 분자를 규칙적인 배열로 효과적으로 포집할 수 있습니다. 예를 들어, 금(Au)을 나노메시에 증발시키면 뚜렷한 둥근 모양의 Au 나노입자가 형성되고, 이는 나노메시의 구멍에 농축됩니다.
"이것은 이러한 시스템에서 분자 간 거리가 넓고 분자 간 상호 작용이 약하다는 것을 의미하는데, 이는 분자 전자 및 메모리 장치와 같은 응용 분야에서 관심을 끌 수 있습니다."
준비 및 분석
깔끔한 나노웹은 실온에서 액체인 무색 물질인 HBNH를 열분해하여 만들어졌습니다. Rh(111) 또는 Ru(0001) 표면은 먼지가 없는 환경에서 코팅되고, 질화붕소 화합물은 화학 기상 증착(CVD)에 의해 이식되고 반응을 위해 796°C(1070K)에서 유지됩니다. 이후, 주사터널링 현미경과 저에너지 전자 회절과 같은 기술을 사용하여 그 구조가 관찰되었습니다.
기타 형태 및 미래 전망
다른 기질에 질화붕소 화합물을 CVD로 처리하여 주름진 나노네트워크를 만드는 방법은 성공적이지 못했습니다. Ni와 Pt에서는 평평한 BN 층이 관찰되었지만, Mo에서는 박리된 구조가 관찰되었습니다. 이러한 연구 결과는 나노메시 구조의 독특성과 형성 과정에서 나타나는 화학적 행동을 강조합니다.
이 나노 구조의 잠재적 응용 분야에 대해 생각해 볼 때, 이것이 미래의 재료 과학과 다양한 기술 개발에 어떤 영향을 미칠 수 있을까요?
