硼墨烯，一种单层的晶体硼片，可以通过周期性地在蜂窝状硼晶格的六边形中心添加额外的硼原子来制备，也可以通过在三角形硼晶格中一些空位来制备。由于其高度的多态性，被预测可形成多种结构，具有可用于柔性电子、能量储存和催化的物理性质。许多科研工作者已经在贵金属表面合成了好几种多晶型硼墨烯，然而，用于器件制造通常需要更大的单晶域，理想情况下，硼墨烯与基底之间的相互作用较弱。

1、硼墨烯被首次理论预测存在

20世纪90年代中期，硼墨烯被首次理论预测存在，2015年，硼墨烯在实验室中得到证实，由于具有高度多态性，硼墨烯预测存在多种结构。硼墨烯具有稳定性高、机械性能好、硬度高、杨氏模量高等特点。与目前研究成果多、应用需求持续扩大的石墨烯相比，硼墨烯机械性能、硬度与之接近，杨氏模量在水平方向上更高，而在垂直方向上较低，存在性能差异。

硼墨烯制备与石墨烯不同，石墨由多层二维层堆叠形成，剥离单层二维层即得到石墨烯，而硼并非由二维层堆叠形成，天然不存在，无法通过剥离得到，必须人工合成。目前，硼墨烯制备主要采用物理气相沉积法，在超高级真空条件下，将硼气化，气化产生的粒子沉积到基底上（一般采用金属基底），形成单层薄膜，从而得到硼墨烯。

2、微米级单晶硼墨烯

2022年1月，耶鲁大学Sohrab Ismail-Beigi和Ivan Božović等人报道了在方形晶格Cu(100)表面上合成硼墨烯，并表明不相称的配位降低了硼墨烯与底物的相互作用，并且发现了与之前研究都不相同的硼墨烯晶型。微米尺度的单晶域形成孤立的多面岛屿或合并在一起，以实现全单层覆盖。该相的晶体结构由10个硼原子和2个六角形空穴组成。第一性原理计算表明，电荷转移，而不是共价键，将二维硼结合到Cu(100)表面。该材料的电子能带结构具有多个各向异性倾斜的狄拉克锥。

硼烯是通过将硼原子缓慢沉积在热Cu(100)表面上合成的。硼烯岛的初始成核发生在Cu(100)阶地的下降边缘，如图1b中的绿色箭头所示。核密度约为1.25 μm −2。随着更多硼的沉积，硼烯岛开始生长，首先沿着台阶边缘，然后覆盖单个平台，没有形成新的岛屿(图1c,d)。硼烯岛不断在多个阶地上生长(图1e,f)，最终达到几微米的大小。最后，所有硼烯岛合并，形成覆盖整个表面的连续单层膜，如图1g,h所示。研究者发现，在T = 753 K(至823 K)时，硼烯在Cu(100)表面的生长是自限的。在这个温度范围内，一旦单层膜沉积完成，硼原子随后的沉积不会导致第二层的形成。

在硼烯生长前后分别采集了以铜3p和硼1s为核心的X射线光辐射光谱数据。硼烯生长后没有出现新的峰，说明铜基底与沉积的硼原子之间没有化学反应。

原子结构

在更高的空间分辨率下，研究者能够捕捉到STM地形中矩形单元格和条纹特征的更多细节。研究者提出了一种新的硼烯相β 13的原子结构模型，它很好地解释了所有数据。它有10个硼原子和2个空位，即空位比为ɳ= 1/6。利用DFT计算，研究者探索了所有可能的硼烯模型，即在一个形状和大小与实验中观察到的相似的单元晶格中存在两个硼空位。

3、硼墨烯vs其它二维材料

二维硼墨烯薄膜填补了完全由共价键形成的二维材料(如石墨烯)和只有当放置在特定支撑结构上才能保持稳定的半金属薄膜(如硅酮)之间的空白。

硼墨烯比硅酮更稳定，因为它存在着坚固的共价键。此外，硼墨烯具有与石墨烯相似的机械性能。硼墨烯在垂直方向上的机械性能是不同的。石墨烯的杨氏模量为340 GPa-nm，而硼墨烯在水平方向上的杨氏模量比石墨烯更高(398 GPa-nm)，在垂直方向上的杨氏模量则比石墨烯要低(170 GPa-nm)。此外，硼墨烯也具有相当可观的硬度。

其它二维材料都没有该新型硼墨烯薄膜所拥有的特性，即与金属、半金属和非金属三大领域都有所交集。因此，单层和多层硼墨烯可以说为纳米级电子设备和微型机械设备的研发铺平了道路。

根据新思界产业研究中心发布的《2022-2027年中国硼墨烯行业市场深度调研及发展前景预测报告》显示，与石墨烯相比，硼墨烯强度更高、结构灵活性更高，可以广泛应用在传感器、太阳能电池、储能、柔性电子、催化化学等领域。特别是在太阳能电池领域，硼墨烯可作为功能更为强大的新型负极材料，用于锂离子电池制造中。

目前，在实验室中已制备出多种结构的硼墨烯，主要是多晶型硼墨烯，在实际应用中，单晶型硼墨烯需求更多，因此硼墨烯技术研究还在不断深入。

行业分析人士表示，为推动工业技术升级，全球市场对新材料的研究与应用关注度高，政府与资本在新材料研究领域的投资力度不断加大，高性能新材料不断被研发问世，实现商业化发展速度加快。

硼墨烯作为新型的二维材料，具有优异的电子特性，在电子、能源等产业中拥有巨大发展潜力，短期来看由于仍处于研究阶段，其应用市场尚未形成，但长期来看，对比石墨烯，其拥有广阔市场空间。

文章来源：新思界网， 高分子科学前沿，叶子