世界不思議

單原子厚新型碳材料擁有金屬特性


德國和芬蘭科學家在最新一期《科學》雜誌撰文稱,他們合成出了一種獨特的新型碳原子網絡,新形式的碳像石墨烯一樣,僅一個原子厚,但原子結構和電子特性與石墨烯截然不同,有望在電池等領域找到用武之地。

碳以各種形式存在,比如鑽石、石墨和石墨烯等。石墨烯是迄今已知最薄的材料,獨特的「性格」使其有望在電子等多個應用領域「大顯身手」。在石墨烯中,每個碳原子與另外三個碳原子相連,形成蜂窩狀的六邊形。理論研究表明,碳原子也可以其他網絡模式排列,但科學家迄今一直未曾發現這些預測的網絡。

在最新研究中,馬爾堡大學和阿爾托大學的科學家發現了一種新的碳原子網絡,並將其命名為聯苯烯網絡。在這種新形式的碳材料中,碳原子之間彼此連接,形成正方形、六角形和八角形,再組合成有序的晶格。

研究人員還用高解析度掃描探針顯微鏡證實了這種網絡的獨特結構,並發現它的電子性質與石墨烯截然不同。

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他們表示,石墨烯是半導體,但這種新型碳擁有金屬性質。馬爾堡大學的麥可·戈特弗里德教授說:「新型碳網絡上的窄條紋的行為像金屬,可用作未來碳基電子設備的導線。」研究主要作者、馬爾堡大學的樊啟堂(音譯)說:「這種新型碳網絡也可以作為鋰離子電池的正極材料,與目前的石墨烯基材料相比,新材料儲鋰容量會更大。」

研究人員將含碳分子組裝在光滑金表面上製得這種新材料:含碳分子首先形成由連接的六角形組成的鏈,隨後這些鏈連接在一起形成正方形和八角形。在連接前,只有相同類型的鏈會聚集在金表面,形成有序組合,這對於新碳材料的形成至關重要,因為不同類型的鏈之間發生反應只會生成石墨烯。阿爾托大學的嚴淩浩(音譯)解釋說:「我們的獨特之處是使用了分子前體,我們調整這些分子前體以產生聯苯烯,而非石墨烯。」

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目前,研究小組致力於研製新材料更大的薄片,以探索其應用潛力。他們也表示,新合成方法有望催生其他新型碳網絡。

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