La nanomalla es un material bidimensional nanoestructurado inorgánico , similar al grafeno . Fue descubierto en 2003 en la Universidad de Zúrich , Suiza. [1]
Consiste en una sola capa de átomos de boro (B) y nitrógeno (N), que se forma por autoensamblaje en una malla altamente regular después de la exposición a alta temperatura de una superficie limpia de rodio [1] o rutenio [2] a borazina bajo vacío ultra alto .
La nanomalla parece un conjunto de poros hexagonales [3] (ver imagen de la derecha) a escala nanométrica (nm). La distancia entre los centros de dos poros es de solo 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 cables [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 la funcionalización de superficies , la espintrónica , la computación cuántica y los medios de almacenamiento de datos como los discos duros .
La nanomalla h-BN es una lámina única de nitruro de boro hexagonal que se forma en sustratos como cristales de rodio Rh (111) o rutenio Ru (0001) mediante un proceso de autoensamblaje .
La celda unitaria de la nanomalla h-BN está formada por 13x13 átomos de BN o 12x12 átomos de Rh con una constante de red de 3,2 nm. En una sección transversal significa que 13 átomos de boro o nitrógeno están situados sobre 12 átomos de rodio. Esto implica una modificación de las posiciones relativas de cada BN respecto de 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 de la derecha con poros y alambres).
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 de barrido (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 delimitada asignada a los cables aparece de color amarillo rojizo en la imagen de la izquierda a continuación (área entre anillos en la imagen de la derecha).
Consulte [1] [2] [4] [5] [7] para 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 en vacío. Además de estas estabilidades excepcionales, la nanomalla muestra la extraordinaria capacidad de actuar como un andamio para nanoagrupaciones metálicas y atrapar moléculas formando una matriz bien ordenada.
En el caso del oro (Au), su evaporación en la nanomalla conduce a la formación de nanopartículas de Au redondas bien definidas, que están centradas en los poros de la nanomalla.
La figura del STM de la derecha muestra moléculas de naftalocianina (Nc), que se depositaron en forma de vapor sobre la nanomalla. Estas moléculas planares tienen un diámetro de unos 2 nm, cuyo tamaño es comparable al de los poros de la nanomalla (véase el recuadro superior). Se puede ver de forma espectacular 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 conserva su funcionalidad, lo que hoy en día es un reto en la nanociencia .
Estos sistemas con un amplio espaciamiento 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 obtienen por descomposición térmica de borazina (HBNH) 3 , una sustancia incolora que es líquida a temperatura ambiente. La nanomalla resulta después de exponer la superficie atómicamente limpia de Rh (111) o Ru (0001) a borazina por deposición química en fase de vapor (CVD).
El sustrato se mantiene a una temperatura de 796 °C (1070 K) cuando se introduce borazina en la cámara de vacío en una dosis de aproximadamente 40 L (1 Langmuir = 10 −6 torr seg). Una presión de vapor de borazina típica dentro de la cámara de ultra alto vacío durante la exposición es de 3x10 −7 mbar .
Después de enfriar a temperatura ambiente, se observa la estructura regular de la malla utilizando diferentes técnicas experimentales. La microscopía de efecto túnel de barrido (STM) proporciona 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 de la superficie ordenadas en toda la muestra. La espectroscopia de fotoelectrones 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.
Hasta el momento, la CVD de borazina sobre otros sustratos no ha dado lugar a la formación de una nanomalla corrugada. Se observa una capa de BN plana sobre níquel [ 8 ] y paladio [ 9 ] [10], mientras que en cambio aparecen estructuras desprendidas sobre molibdeno [11] .
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