Бор — один из самых неоднозначных элементов периодической таблицы. Подобно углероду, он может существовать в нескольких формах — аллотропных модификациях — с совершенно разными свойствами. Углерод, например, может быть как мягким графитом, так и сверхтвердым алмазом. Бор до сих пор был известен исключительно сверхтвердыми формами, плохо проводящими ток. Последний раз необычный аллотроп бора открывали в 2009 году, и с тех пор на протяжении полутора десятилетий таких находок не было, хотя теоретических предсказаний накопилось немало.
Новую модификацию, получившую название Imma-B60, синтезировали ученые под руководством Сян-Фэна Чжоу из Яньшаньского университета в Китае. Задача была непростой: бор крайне охотно вступает в реакции с другими элементами, образуя соединения, а не чистые аллотропы. Кроме того, легкие атомы бора сложно точно фиксировать экспериментальными методами. Чтобы обойти эти трудности, ученые применили двухэтапный подход, прежде никогда не использовавшийся для бора. Сначала бор принудили реагировать с натрием под высоким давлением. Затем полученную смесь нагрели до 900 в вакууме, что позволило почти полностью удалить натрий и получить чистый Imma-B60.
«Этот подход не совсем новый, но, в данном случае мы видим наиболее элегантное и современное его применение. Последствия могут оказаться очень далеко идущими», — комментирует Артем Оганов, химик-материаловед из Сколковского института науки и технологий, который принимал участие в открытии предыдущего аллотропа бора в 2009 году.
Кристаллическая структура нового материала содержит открытые промежутки там, где прежде располагались атомы натрия. Именно это обеспечивает пластичность: в экспериментах образец удалось растянуть на 23% от исходной длины до момента разрушения. Электропроводность Imma-B60 превышает показатели всех известных аллотропов бора, а в полностью очищенном от примесей натрия виде материал теоретически должен стать металлическим проводником.
Среди возможных применений нового материала — солнечные панели, термоэлектрические устройства, преобразующие разницу температур в электричество, а также замена карбида бора в легкой броне. Однако до практического использования еще далеко: пока удалось вырастить кристаллы размером лишь около трех микрометров — примерно в двадцать раз тоньше человеческого волоса. «Прежде чем говорить о применениях, нам нужно научиться получать кристаллы большего размера — для термоэлектрики это миллиметры, а может быть, и сантиметры», — отмечает химик из Флоридского международного университета Ирина Чувашова.
Ранее ученые создали из графена инновационное теплопроводящее волокно.