編譯／韋士塔

研究人員近來發現一種物理性質與石墨烯（graphene）類似的二維材料「六方氮化硼」（hexagonal boron nitride，h-BN），韌性遠勝石墨烯，可能有助突破科學研究的瓶頸。

石墨烯早已在科學界引發研究熱潮，這種神奇的二維材料是目前發現電阻率最小、導電性最佳的物質。科學家認為，石墨烯可被廣泛應用於電子科技、網路通訊、潔淨能源、生物醫學、航太軍事、複合材料以及智慧住家等領域。

發表於《自然》（Nature）期刊的研究報告指出，六方氮化硼與石墨烯非常相似，都是由原子構成六邊形蜂巢晶格的平面薄膜，因此也被稱作「白石墨」；兩者的差別在於，石墨烯所有六方晶格原子都是碳，但六方氮化硼的每個六邊形晶格都包含3個硼原子和3個氮原子。

美國萊斯大學（Rice University）材料科學家羅俊（Jun Lou，音譯）表示，石墨烯的特性包括導電速度快，且強度比鋼高100倍，並有極佳的透光性、導熱性和韌性。但研究團隊發現，六方氮化硼的抗裂性竟比石墨烯高10倍，難以用「斷裂力學」（fracture mechanics）解釋。

英國工程師葛瑞福斯（Alan Arnold Griffith ）在1920年代提出的「斷裂力學」，被許多科學家用來預測和定義材料的韌性；當施加在材料的應力，大於將材料固定在一起的力量時，裂紋將會擴大。一般認為，這個理論可準確描述材料在崩裂前能承受多少外力。

科學家依據這個理論測量石墨烯，發現石墨烯的抗裂性偏低；也就是說，一旦晶格上出現裂縫，只要施加一些力量就會破壞石墨烯的結構。科學家也據此推論，六方氮化硼的強度和彈性應該和石墨烯類似，但研究人員實際測試六方氮化硼時，卻出現難以解釋的詭異現象，他們發現，六方氮化硼非常不易破裂，完全顛覆了斷裂力學。

為了找出合理解釋，研究團隊耗費相當長的時間反覆進行實驗，使用掃描式電子顯微鏡（SEM）和穿透式電子顯微鏡（TEM）觀察石墨烯核六方氮化硼的裂紋，終於發現具體原因：兩種材料的裂紋型態不同。

石墨烯的裂紋，主要是由上到下，垂直穿過對稱的六邊形結構，有如拉鍊；但六方氮化硼受力時，由於硼和氮之間的應力對比，導致六方氮化硼原子晶格結構略有不對稱，使裂縫分叉、轉向，也因此更具彈性。

羅俊表示：「這種材料很驚人，沒有人預期二維材料會出現這種現象。裂縫分叉、轉向時，會消耗額外的能量，讓，六方氮化硼也因此更具韌性裂縫更難以擴展。」

科學家表示，六方氮化硼原本被認為是脆弱的材料，但最新研究揭開這種材料的韌化機制，再加上優異的耐熱性、化學穩定性，讓六方氮化硼在電子領域的前景可期，可能有助電子紡織、黏貼式電子刺青或植入等科技的發展。