Izrādās, ka kāds divdimensiju (2D) materiāls, kuram ir līdzīgas fizikālās īpašības kā grafēnam, izturības ziņā pārspēj pašu 21. gadsimta brīnummateriālu – grafēnu.
Šo materiālu sauc par heksagonālo bora nitrīdu (hexagonal boron nitride, h-BN), un tas ir neticami izturīgs. Atzinums ir pretrunā ar lūzumu mehānikas fundamentālo aprakstu, ko zinātnieki ir izmantojuši, lai prognozētu un definētu materiālu izturību kopš 20. gadsimta 20. gadiem.
Pārsteidzoši ir tas, ka šāda izturība slēpjas tieši 2D materiālā. Heksagonāls bora nitrīds faktiski ir ārkārtīgi līdzīgs grafēnam. Abi materiāli sastāv no sešstūru atomu režģiem. Grafēna gadījumā visi šie atomi ir ogleklis; bet h-BN gadījumā katrs sešstūris satur trīs bora atomus un trīs slāpekļa atomus.
Oglekļa-oglekļa saites ir vienas no spēcīgākajām dabā, tāpēc būtu paredzams, ka grafēns būs daudz izturīgāks nekā h-BN. Kopumā tā ir taisnība: abiem materiāliem ir līdzīgas spiedes stiprības un elastības vērtības – h-BN tās ir pat nedaudz zemākas. Grafēna rādījumi ir aptuveni 130 gigapaskāli stiprībai un 1,0 terapaskāli elastībai; h-BN vērtības ir attiecīgi 100 gigapaskāli un 0,8 terapaskāli.
Tomēr grafēnam ir zema izturība pret plaisām; citiem vārdiem sakot, tas ir ārkārtīgi trausls. Ja grafēna režģī ir plaisa, pie nelielas slodzes tas viegli saplīst.
Tika uzskatīts, ka, tā kā citas h-BN īpašības ir ļoti līdzīgas grafēna īpašībām, tas arī būs tikpat trausls – it īpaši tāpēc, ka grafēna trauslums bija saskaņā ar Grifita lūzumu teoriju, kuru 1921. gadā izklāstīja inženieris Alans Arnolds Grifits. Viņš konstatēja, ka plaisas izplatīsies, ja materiālam uzliktais spriegums būs lielāks par spēku, kas to satur kopā.
Kad pētnieku komanda to pārbaudīja, viņi atrada kaut ko patiešām interesantu: h-BN izturība pret lūzumiem ir 10 reizes lielāka nekā grafēnam, kas, protams, pilnībā neatbilst Grifita teorijai.
Komanda h-BN paraugus pakļāva ārējo spēku iedarbībai, lai novērotu, kā rodas plaisas. Pēc vairāk nekā 1000 stundu eksperimentiem viņi nonāca pie secinājumiem.
Abi materiāli varētu būt līdzīgi, taču tie nav pilnīgi vienādi. Grafēnā plaisa rodas zig-zag formā taisni caur simetrisko sešstūra struktūru. h-BN sešstūrainajā struktūrā ir neliela asimetrija, pateicoties sprieguma kontrastam starp boru un slāpekli, kas nozīmē, ka plaisām ir tendence sazaroties un grūtāk izplatīties tālāk. Tieši šī iemesla dēļ materiāls ir daudz izturīgāks.
Šis atklājums paver durvis elastīgu 2D materiālu izstrādē, kas izmantojami, piemēram, tādās nozarēs kā elektronika. Un h-BN jau ir daudz īpašību, kas padara to par lielisku kandidātu šādam pielietojumam, ieskaitot tā karstumizturību un ķīmisko stabilitāti.
Šis materiāls nākotnē varētu attīstīt tādas tehnoloģijas kā elektroniskie tekstilizstrādājumi un pat implanti.
Pētījums ir publicēts Nature.