燕山大学高压科学中心教授周向锋等人和国内多家单位合作，成功获得一种具有开放骨架结构的新型硼同素异形体Imma-B60（单胞含60个原子）。该材料表现出窄带隙、高电导率和罕见的塑性变形能力，为新型亚稳强共价材料的设计与制备提供了新思路。相关研究成果近日发表于《自然·化学》。
硼含3个价电子，但有4个价轨道，这种价电子数少于价轨道数的现象导致硼元素具有明显的缺电子特性。因此，它很容易和其它元素反应形成硼化物而非硼单质。目前，人类已证明块体硼的同素异形体仅5种。同时，硼的原子序数小，XRD散射信号弱，导致硼结构表征异常困难，这使得硼同素异形体的研究长期滞后。
传统硼单质大多由B12二十面体构筑成三维骨架，普遍具有轻质量、高硬度、高熔点等特性，广泛用于国防、半导体领域。但该结构同时也存在导电能力弱、脆性大等问题，限制了硼材料的应用范围。因此，能否跳脱出传统合成手段，在硼单质中同时实现高电导率与良好塑性，一直是硼材料研究领域的重要挑战。
针对该问题，研究团队首先在高温高压下，合成了具有开放硼骨架的钠硼化合物作为前驱体，随后通过真空热处理，脱除其中的钠原子，进而得到一种全新的硼单质。粉末X射线衍射、电子能量损失谱、扫描透射电镜和微晶电子衍射等结构表征证实，钠原子脱除后，原有硼骨架得以完整保留，形成由B12二十面体和B3三角单元构筑的开放骨架结构。
这种低密度的骨架结构赋予B60不同于传统硼单质的独特电学性能，其带隙比传统硼单质低一个数量级，室温电导率比传统硼单质高约6–7个数量级。此外，原位单轴压缩实验表明，B60在经历约9%的弹性变形后，还能继续承受23%的塑性应变而不断裂。
Imma-B60结构示意图 燕山大学供图
高分辨透射电子显微实验进一步证实，位错滑移是发生该塑性变形的主要机制，这是研究人员首次在硼单晶中观察到塑性形变现象。
据介绍，该项工作不仅获得了兼具高电导率与高塑性的新型硼单质，也验证了“开放骨架前驱体构筑—高温客体原子蒸发脱除”策略的有效性，为设计、合成新型硼材料及其它具有优异性能的功能材料提供了新思路。
9月23日，《自然》刊发专题新闻报道，指出硼领域存在双重挑战(化学性质活泼，结构表征困难)，自2009年以来没发现新的同素异形体（体相）。著名硼材料专家、俄罗斯斯科尔科沃科学技术研究院教授Artem Oganov评价“Imma-B60的发现为整个材料家族开辟了一条合成路径。”
同期，《自然·化学》邀请作者撰写研究简介并刊发编辑与专家评论，高度肯定了该研究的创新性与重要意义。美国佛罗里达国际大学教授Irina Chuvashova认为“该发现，结合创新的合成路径，为截获亚稳硼材料开辟了新途径，并具有潜在的技术应用前景”。
燕山大学理学院博士生陈锋、亚稳材料全国重点实验室邹联峰教授、李鹏辉博士为论文共同第一作者，博士后翁晓基和周向锋为共同通讯作者。该工作得到田永君院士、王慧田教授的悉心指导及国家自然科学基金、国家博士后创新人才支持计划及中国博士后科学基金等项目资助。
相关论文链接：https://doi.org/10.1038/s41557-026-02267-7
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