La nanomalla es un material bidimensional nanoestructurado inorgánico , similar al grafeno . Fue descubierto en 2003 en la Universidad de Zurich , Suiza. [1]
Consiste en una sola capa de átomos de boro (B) y nitrógeno (N), que se forma por autoensamblaje en una malla muy regular después de la exposición a alta temperatura de una superficie limpia de rodio [1] o rutenio [2] a boracina bajo vacío ultraalto .
La nanomalla parece un conjunto de poros hexagonales [3] (ver imagen de la derecha) en la escala nanométrica (nm). La distancia entre los centros de dos poros es de sólo 3,2 nm, mientras que cada poro tiene un diámetro de aproximadamente 2 nm y una profundidad de 0,05 nm. Las regiones más bajas se unen fuertemente al metal subyacente, mientras que los alambres [3] (regiones más altas) solo se unen a la superficie a través de fuertes fuerzas de cohesión dentro de la propia capa.
La nanomalla de nitruro de boro no solo es estable al vacío, [1] aire [4] y algunos líquidos, [5] [6] sino también hasta temperaturas de 796 °C (1070 K). [1] Además, muestra la extraordinaria capacidad de atrapar moléculas [5] y grupos metálicos , [2] que tienen tamaños similares a los poros de la nanomalla, formando una matriz bien ordenada. Estas características pueden proporcionar aplicaciones del material en áreas como funcionalización de superficies , espintrónica , computación cuántica y medios de almacenamiento de datos como discos duros .
La nanomalla h-BN es una sola hoja de nitruro de boro hexagonal , que se forma sobre sustratos como cristales de rodio Rh (111) o rutenio Ru (0001) mediante un proceso de autoensamblaje .
La celda unitaria de la nanomalla h-BN consta de 13x13 BN o 12x12 átomos de Rh con una constante de red de 3,2 nm. En una sección transversal, esto significa que 13 átomos de boro o nitrógeno se encuentran sobre 12 átomos de rodio. Esto implica una modificación de las posiciones relativas de cada BN hacia los átomos del sustrato dentro de una celda unitaria, donde algunos enlaces son más atractivos o repulsivos que otros (enlace selectivo de sitio), lo que induce la corrugación de la nanomalla (ver imagen derecha con poros y cables).
La amplitud de corrugación de la nanomalla de 0,05 nm provoca un fuerte efecto en la estructura electrónica , donde se observan dos regiones BN distintas. Se reconocen fácilmente en la imagen inferior derecha, que es una medición de microscopía de efecto túnel (STM), así como en la imagen inferior izquierda que representa un cálculo teórico de la misma área. Una región fuertemente delimitada asignada a los poros es visible en azul en la imagen de la izquierda a continuación (centro de anillos brillantes en la imagen de la derecha) y una región débilmente unida asignada a los cables aparece en amarillo-rojo en la imagen de la izquierda a continuación (área entre anillos en la imagen de la derecha).
Consulte [1] [2] [4] [5] [7] para obtener más detalles.
La nanomalla es estable en una amplia gama de entornos como aire, agua y electrolitos , entre otros. También es resistente a la temperatura ya que no se descompone a temperaturas de hasta 1275 K al vacío. Además de estas estabilidades excepcionales, la nanomalla muestra la extraordinaria capacidad de actuar como andamio para nanoagrupaciones metálicas y atrapar moléculas que forman una matriz bien ordenada.
En el caso del oro (Au), su evaporación en la nanomalla conduce a la formación de nanopartículas de Au redondas y bien definidas, que se centran en los poros de la nanomalla.
La figura STM de la derecha muestra moléculas de naftalocianina (Nc), que se depositaron mediante vapor en la nanomalla. Estas moléculas planas tienen un diámetro de aproximadamente 2 nm, cuyo tamaño es comparable al de los poros de nanomalla (ver recuadro superior). Es espectacularmente visible cómo las moléculas forman una matriz bien ordenada con la periodicidad de la nanomalla (3,22 nm). El recuadro inferior muestra una región de este sustrato con mayor resolución, donde las moléculas individuales quedan atrapadas dentro de los poros. Además, las moléculas parecen mantener su conformación nativa , lo que significa que se mantiene su funcionalidad, lo que constituye hoy en día un desafío en la nanociencia .
Estos sistemas con un amplio espacio entre moléculas/grupos individuales e interacciones intermoleculares insignificantes podrían ser interesantes para aplicaciones como la electrónica molecular y los elementos de memoria , en fotoquímica o en dispositivos ópticos.
Consulte [2] [5] [6] para obtener información más detallada.
Las nanomallas bien ordenadas se desarrollan mediante la descomposición térmica de boracina (HBNH) 3 , una sustancia incolora que es líquida a temperatura ambiente. La nanomalla se produce después de exponer la superficie atómicamente limpia de Rh (111) o Ru (0001) a boracina mediante deposición química de vapor (CVD).
El sustrato se mantiene a una temperatura de 796 °C (1070 K) cuando se introduce boracina en la cámara de vacío en una dosis de aproximadamente 40 L (1 Langmuir = 10 −6 torr seg). Una presión de vapor típica de boracina dentro de la cámara de vacío ultraalto durante la exposición es de 3x10-7 mbar .
Después de enfriar a temperatura ambiente, se observa la estructura de malla regular utilizando diferentes técnicas experimentales. La microscopía de efecto túnel (STM) ofrece una visión directa de la estructura espacial real local de la nanomalla, mientras que la difracción de electrones de baja energía (LEED) proporciona información sobre las estructuras superficiales ordenadas en toda la muestra. La espectroscopía fotoelectrónica ultravioleta (UPS) proporciona información sobre los estados electrónicos en las capas atómicas más externas de una muestra, es decir, información electrónica de las capas superiores del sustrato y la nanomalla.
La CVD de boracina sobre otros sustratos no ha conducido hasta ahora a la formación de una nanomalla corrugada. Se observa una capa plana de BN en níquel [8] y paladio , [9] [10] , mientras que en molibdeno [11] aparecen estructuras despojadas .
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