燕山大学发现新型硼同素异形体

来源:河北日报客户端

责编:薛晓岩

时间:2026-10-17 07:46:33

河北日报客户端讯(记者陈华)燕山大学高压科学中心周向锋教授团队联合国内多家单位,成功合成一种全新硼单质Imma-B60,打破传统硼材料“硬而脆、导电差”的瓶颈。近日,相关成果发表于国际顶级期刊《自然·化学》,受到国际学界高度关注。

硼是典型缺电子元素,化学性质活泼,很难稳定形成单质。迄今为止,人类确认的块体硼同素异形体仅有5种。加上硼原子轻,常规X射线探测信号弱,给结构解析带来巨大困难。传统硼单质以B12二十面体搭建骨架,硬度高、熔点高,在国防、半导体领域有应用价值,但脆性大、导电能力弱,长期制约材料拓展使用。如何让硼单质同时拥有良好导电性与塑性,是材料领域长期攻关的难题。

借助多种先进微观检测技术,研究确认,这种新材料的骨架由B12二十面体和B3三角结构单元搭建而成,具有开放型框架结构特征。性能测试结果表明,Imma-B60的带隙小于0.2电子伏特,相比传统硼单质降低一个数量级;室温下的导电能力,比传统硼单质高出6到7个数量级。

这项研究还实现了重大突破:科研人员第一次在硼单晶中观察到塑性变形现象。这种材料先可以承受约9%的弹性形变,之后还能继续产生23%的塑性压缩形变而不会断裂,研究证实位错滑移是产生塑性变形的主要原因。这一特性打破硼材料“硬而脆”的固有印象,大大拓宽硼材料的应用潜力。

2026年9月23日,《自然》杂志刊发专题新闻报道该成果,报道指出,硼材料研究领域存在两大难题:硼的化学性质活泼,材料结构表征难度大。自2009年起,学界便未曾发现新的块体硼同素异形体。然而,燕山大学的研究人员及合作者设计了一种两步合成法,成功应用于新型硼单质的发现。

同期,《自然·化学》邀请研究团队撰写研究简报,并刊发编辑述评与专家评论,高度认可该项研究的创新价值与重大意义。



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