Grafenle benzer fiziksel özellikler sergileyen, iki boyutlu heksagonal bor nitrür malzemesinin çatlamaya karşı grafenden çok daha dayanıklı olduğu keşfedildi. Bilim insanlarının dayanıklılığını tanımlamak için 1920lerden beri kullanılan çatlama mekaniğine karşı gelen bu maddenin sıra dışı özellikleri var.
“Bu malzemedeki gözlemlediğimiz olay gerçekten olağanüstü. Hiç kimse iki boyutlu bir materyallerde bunu ummuyordu, işte bu nedenle çok heyecan verici bir gelişme,” diyor Rice Üniversitesi’nden malzeme bilimci Jun Lou.
Heksagonal bor nitrür grafene inanılmaz derecede benziyor. İki malzeme de heksagonal kafes atomları içeriyor. Fakat grafeden tümüyle karbon atomları varken, heksagonal BN’de her heksagonda üç bor ve üç azot atomu var.
Doğada karbon-karbon bağları en güçlü atomlardır, bu nedenle grafenin, BN’den daha dayanıklı olması beklenir. Genel olarak bu doğru iki boyutlu malzemeler benzer dayanım ve elastikliğe sahiptir ama heksagonal BN biraz düşüktür. Grafen 130 gigapaskal dayanım ve 1.0 terapaskal elastikliğe sahiptir, heksagonal BN değerleri ise 100 gigapaskal ve 0,8 terapaskal çıkıyor.
Buna rağmen, grafen çatlaklara karşı düşük dayanıma sahip yani kayda değer derecede kırılgandır(gevrek).
Grafenin kırılganlığı, 1921’de Alan Arnold Griffith’in ortaya attığı Griffith gevrek kırılma teorisiyle orantılıdır. Griffith, malzemeye uygulanan stresin, onu bir arada tutan kuvvetten daha büyük olduğunda çatlakların yayılacağını buldu. İşte bu enerji farkı çatlak yayıldığında serbest kalarak malzemenin kırılmasına neden olur.
Araştırmacılar bu teoriyi test ettiklerinde, tuhaf bir olayla karşılaştılar: h-BN’in kırılma dayanımı, grafeninkinden 10 kat daha fazlaydı. Yani h-BN Griffith teorisiyle çelişiyor.
Araştırmacılar bunun nedenini araştırmak için taramalı ve transmisyonlu elektron mikroskoplar kullanarak oluşabilecek en küçük çatlakları detaylıca inceledi. 1000 saatlik deney ve takip eden analiz sonunda olayın gizemi çözüldü.
İki malzeme temelde birbirine benzese de grafendeki çatlağın zigzag şeklinde yukarıdan aşağıya simetrik bir şekilde yayıldığı görüldü. Oysa bor ve nitrür atomlarına stres uygulandığında çatlaklar, çatallaşarak dağılıyor.
Çatallanma gevrek malzemeyi çok daha elastik yapıyor. “Eğer çatlak dallanırsa, yani dönüyordu. Eğer sizin dönen bir çatlağınız varsa, bu daha da çatlayacak bir enerji ilave eder. İşte böylece malzemeyi etkili bir şekilde dayanıklı hale getirmiş ve çatlakların yayılmasını zorlaştırmış olursunuz, “diyor Lou.
Bu esnek 2 boyutlu materyallerin elektronik gibi uygulamalarda kullanılma olasılığı var. Heksagonal BN şimdiden birçok aranan özelliğe sahip, bunların içinde ısı direnci ve kimyasal stabilite var.
Bor nitrür sayesinde giyilebilir elektroniklerde yeni bir yol izlenebilir. Elektronik tekstil, yapışkan elektronik dövmeler ve hatta implantlar geliştirilebileceği söyleniyor. Gevrek malzemeler için bor nitrür doğuştan yetenekli denilebilir.
Araştırma Nature dergisinde yayınlandı.
Kaynak : https://www.sciencealert.com/this-two-dimensional-material-is-even-tougher-than-graphene
