A bór régóta izgatja a kutatók fantáziáját. Atomjai számos kötési módra képesek, és a tiszta bór számos változatban előfordul: egyesek közülük átlátszóak, mások átlátszatlanok, a legtöbbjük gyenge vezetőképességű, és az eddig ismertek mindegyike szuperkemény volt. Most viszont a szakértők előállítottak egy új, potenciálisan hasznos verziót, amely deformálható, és elektromos vezetőképessége több mint egymilliószorosa a tipikus bóranyagokénak. Az Imma-B60 névre keresztelt struktúráról a Nature Chemistry folyóiratban számoltak be.
Akárcsak a periódusos rendszerben mellette álló szén, amely olyan szerkezetekben fordul elő, mint a gyémánt vagy a grafit, a bór is többféle formát, úgynevezett allotróp módosulatot vehet fel, amelyek eltérő tulajdonságokat mutatnak. A legutóbbi szokatlan bór-allotróp felfedezése 2009-re nyúlik vissza. Artem Oganov, a moszkvai Skolkovo Tudományos és Technológiai Intézet anyagkémikusa, aki részt vett abban a kutatásban, elmondta, hogy az Imma-B60 felfedezése egy egész anyagcsalád szintézisének útját nyithatja meg.
A bór általában könnyen reagál más elemekkel, és inkább boridokat képez, mint tiszta bór-allotrópokat. Mivel pedig a bóratomok könnyűek (csak körülbelül tízszer nehezebbek a protonoknál), kísérletek során nehéz lehet őket pontosan kimutatni. Ez a kettős kihívás az egyik oka annak, hogy az elmúlt 16 év alatt alig fedeztek fel bór-allotrópokat – bár több ilyen létét jelezték előre a szakértők.
Az Imma-B60 előállításához Xiang-Feng Zhou, a kínai Qinhuangdao-i Yanshan Egyetem anyagkutatója és munkatársai egy olyan kétlépcsős eljárást dolgoztak ki, amelyet korábban még soha nem alkalmaztak a bór kapcsán. Először nagy nyomás alá helyeztek bórt és nátriumot, így rávették a bórt, hogy reagáljon a nátriummal. Ezt követően a keveréket vákuumban 900 °C-ra hevítették, hogy szinte teljesen eltávolítsák a nátrium-szennyeződéseket, így létrehozva az Imma-B60-at.
„Ez egy hatékony módszer – nem teljesen új, de talán az eddigi legelegánsabb és legkorszerűbb alkalmazása” – mondja Oganov. „Következményei nagyon messzemenők lehetnek.”
Az új módosulat bóratomok hálózatából áll, amelyben a nátriumatomok korábbi helyén üres terek találhatók. Ez lehetővé teszi az atomok úgynevezett diszlokációs csúszását, ami alakíthatóságot kölcsönöz az anyagnak, így az eredeti hosszának 123%-ára nyújtható ki. Kinyújtás után azonban nem nyeri vissza eredeti alakját. Az új bór-allotróp vezetőképessége magasabb, mint az eddig felfedezett összes többié – és tiszta állapotában, ha az összes nátriumszennyeződést eltávolítják belőle, az előrejelzések szerint akár fémes tulajdonságokkal is rendelkezhet. Ez még nagyobb elektromos vezetőképességet biztosítana számára.
Oganov az Imma-B60 alkalmazási lehetőségeit napelemekben és más termoelektromos anyagokban látja – olyanokban, amelyek a hőmérséklet-különbségeket villamos energiává alakítják át. Az allotróp kiegészítheti vagy akár fel is válthatja a bór-karbidot (B4C) – egy jelenleg testpáncélokban használt anyagot –, amely a bór- és szénatomokat egy kemény, mégis könnyű anyaggá egyesíti, és amelyet „fekete gyémántnak” is neveznek.
Bár az anyag egyedülálló tulajdonságokkal rendelkezik, a nagyobb kristályokból a nátrium eltávolítása továbbra is kihívást jelent, mondja Irina Chuvashova, a Floridai Nemzetközi Egyetem anyagkémikusa. A csoport által előállított legnagyobb kristály átmérője 3 mikrométer volt (ez körülbelül 20-szor kisebb, mint egy emberi hajszál átmérője). „Mielőtt az alkalmazási lehetőségekről beszélnénk, meg kell tudnunk növelni a méretet” – mondja Chuvashova. „A termoelektromos alkalmazások esetében látható méretekről beszélhetünk – milliméterekről, akár centiméterekről is.”
