🔬 Новости науки. BO-графан и BO-диаманы: новый класс двумерных материалов

Поиск двумерных материалов с высокой механической прочностью, теплопроводностью и управляемой шириной запрещенной зоны является одной из ключевых задач современной физики твердого тела. Особый интерес представляют диаманы - двумерные аналоги алмаза, получаемые путем химической функционализации поверхностей моно- или многослойного графена. Коллектив исследователей из Индии и Республики Корея теоретически предсказал новый класс двумерных алмазоподобных структур - BO-графан и BO-диаманы - образующихся при совместном осаждении атомов бора и кислорода на поверхности моно- и многослойного графена. Механизм функционализации принципиально отличается от всех известных аналогов: слои оксида бора образуют ковалентные связи с углеродным слоем, формируя устойчивую сэндвич-структуру. Работа опубликована в журнале Diamond & Related Materials (IF = 5.1).

🎯 Ключевые результаты (первопринципные расчеты DFT + AIMD):
✅ Термодинамическая устойчивость: BO-графан и BO-диаманы обладают более низкой энергией образования, чем известные аналоги, такие как F-диаман, H-диаман и OH-диаман
✅ Динамическая и термическая устойчивость: расчеты фононного спектра не выявили мнимых частот ни в одной из конфигураций; ab initio молекулярная динамика (AIMD) подтвердила структурную целостность 2D наноструктур при 1000 К на протяжении 45 пс
✅ Механическая прочность: модуль Юнга BO-графана составляет ~766 ГПа, BO-диамана 2L-AB - ~859 ГПа, что превышает значения для F-, OH- и H-диаманов; с ростом числа слоев характеристики приближаются к "алмазному пределу" 💎
✅ Рекордная теплопроводность: расчетная решеточная теплопроводность при комнатной температуре составляет 879 Вт/(м·К) для 1L и 1260 Вт/(м·К) для 2L-AB -значительно выше BeO (385), MgO (64), Al₂O₃ (36) и F-диамана (377 Вт/(м·К)), сопоставима с H-диаманом (1145–1960 Вт/(м·К)) 🔥
✅ Электронные свойства: все конфигурации являются широкозонными полупроводниками с непрямой запрещенной зоной, монотонно убывающей с ростом толщины: 4.22 эВ (1L) → 3.87 эВ (2L-AB) → 3.55 эВ (3L)

🌟 Общий вывод: Авторы продемонстрировали, что функционализация графена слоями оксида бора открывает принципиально новый путь к созданию термодинамически стабильных двумерных алмазоподобных структур. BO-графан и BO-диаманы уникальным образом сочетают высокую теплопроводность, механическую прочность и широкую непрямую запрещенную зону - комплекс свойств, делающий их перспективными кандидатами для систем теплоотвода в наноэлектронике, ультратонких защитных покрытий и фотокаталитических устройств.

📄 С публикацией можно ознакомиться по ссылке: https://doi.org/10.1016/j.diamond.2025.113253

#наука #диаман #двумерныеМатериалы #углеродРешает #DFT