導電性を持つホウ化水素ナノシートの開発に成功―有機分子の吸着で導電性制御可能に：物質・材料研究機構ほか
(2019年12月10日発表)
（国）物質・材料研究機構と筑波大学などの共同研究グループは12月10日、導電性を持つホウ素と水素から成るナノシート材料を開発したと発表した。有機分子の吸着によって導電性を制御できる可能性があり、分子応答性のセンサーや新たな電子デバイスへの応用が期待されるという。
研究グループは2017年に、それまで合成が困難とされていたホウ素と水素のみから成るホウ化水素ナノシートを世界で初めて合成した。
理論的な予想によると、得られたこのナノシートは結晶で導電性を示すはずであったが、予想に反し非晶質で導電性のない絶縁体であった。以来、研究グループは導電性を持たない理由の解明と、このシートに導電性を持たせる研究に取り組んでいた。
原子レベルの厚みしかないナノシート材料としては、炭素原子が6角形の亀の甲状に結合したグラフェンがよく知られる。グラフェンは導電性のナノシート材料であり、柔軟性や特異な電子状態を持つことからキャパシタなどの電子デバイスへの応用が期待されている。
ホウ化水素ナノシートはこのグラフェンを超える優れた電子特性を持つというのが理論の予想であった。
導電性に関する様々な実験・研究の結果、導電性を持たない原因が表面に吸着する不純物にあることを解明し、試料の純度を高める適切な前処理をすれば問題を解決できることを突き止めた。それにより、実際に安定して導電性を発現するホウ化水素ナノシートの合成に成功した。
さらに、大型放射光施設SPring-8を利用してホウ化水素ナノシートの構造を解析したところ、水素原子が特殊な配置を取っており、その構造によって電気的な偏りが発生し、そこに微量の有機分子が吸着することで導電性が安定していなかったことを突き止めた。
分子のこの吸着性はホウ化水素ナノシートの大きな特徴の一つであり、分子の吸着で導電性が変わる材料として使うことが考えられる。実験では、温度上昇とともに30℃付近で絶縁体になり、温度の低下で元の導電性が回復するという可逆的な現象が認められた。
こうした特徴や性質を生かせばセンサーや触媒などへの応用が期待されるとしている。
