我國(guó)科學(xué)家創(chuàng)制碳家族單晶新材料

碳是一種神奇的材料，既可以制成柔軟的鉛筆芯，也可以構(gòu)成堅(jiān)硬的金剛石。來(lái)自中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所的研究人員，在常壓下通過(guò)簡(jiǎn)單的反應(yīng)條件，創(chuàng)制出一種新型碳同素異形體單晶——單層聚合C。

金剛石、石墨烯、富勒烯、碳納米管等材料都由碳原子構(gòu)成，但由于原子排列不同，它們展現(xiàn)出完全不同的物理化學(xué)性質(zhì)，因此，它們被稱(chēng)為碳的“同素異形體”。

研究新的碳同素異形體、制備新型碳材料一直是材料領(lǐng)域的前沿科學(xué)問(wèn)題。“迄今為止，單個(gè)原子一直是構(gòu)筑二維材料的最小單元。把納米團(tuán)簇作為基本單元，使用傳統(tǒng)化學(xué)反應(yīng)，自下而上像‘壘磚頭’一樣構(gòu)筑更高級(jí)的二維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)材料一直未能實(shí)現(xiàn)。”中科院化學(xué)所研究員鄭健坦言。

經(jīng)過(guò)5年的潛心研究，研究人員利用摻雜聚合-剝離兩步法，成功把納米團(tuán)簇C聚合在一個(gè)平面上，并通過(guò)碳碳鍵相互共價(jià)鍵合形成規(guī)則的二維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)材料，即單層二維聚合C單晶。

“通過(guò)進(jìn)一步研究，我們發(fā)現(xiàn)，這種新型碳材料具有結(jié)晶度高、熱力學(xué)穩(wěn)定性好以及禁帶寬度適度等優(yōu)良特性。”鄭健說(shuō)，這是繼石墨烯之后，又一種穩(wěn)定的二維碳材料。

鄭健表示，這項(xiàng)研究開(kāi)辟了以碳簇代替原子構(gòu)筑碳材料的新策略，同時(shí)，新制備的碳材料在非線性光學(xué)和功能化電子器件方面具有巨大應(yīng)用前景，在超導(dǎo)、量子計(jì)算、自旋輸運(yùn)、信息及能量存儲(chǔ)、催化等領(lǐng)域也具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。