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五边形石墨烯——一种新型的碳同素异形体被发现

发布日期:2015-02-11

近日,弗吉尼亚联邦大学以及中国、日本等国的大学发现了一种新型的碳同素异形体,它被称作“五边形石墨烯”。这种五边形的石墨烯只含有碳元素,呈薄片状,其独特的外形犹如开罗街道上铺设的五边形瓷砖一样。

这种新发现的五边形石墨烯是一种单层片状碳结构的材料,类似于开罗街道铺设的瓷砖,具有热稳定性和机械稳定性。(来源:弗吉尼亚联邦大学)

作为弗吉尼亚联邦大学人文与科学学院物理系的特聘教授,论文的高级作者——Puru Jena博士指出:“目前已发现的碳结构主要包括富勒烯、碳纳米管和石墨烯三种,各自具有独特的结构。五边形的石墨烯就属于该类。”

题为“五边形的石墨烯——一种新型的碳同素异形体”的论文将出现在《美国国家科学院院刊》上,该论文基于北京大学和弗吉尼亚联邦大学的联合研究。该文章作者不仅包括Jena和Wang,还包括北京大学的Zhang Shunhong博士、弗吉尼亚联邦大学的Zhou Jian博士后、上海中科院的Chen Xiaoshuang博士和日本仙台东北大学的野Yoshiyuki Kawazoe博士。

北京大学教授、弗吉尼亚联邦大学副教授,Wang Qian博士是在与丈夫在北京餐馆里就餐时注意到餐馆墙上描绘开罗街头五边形瓷砖的作品。在告诉丈夫这幅作品仅由五边形的结构构成后,Wang Qian博士将这幅作品拍照并寄给学生,并对他们说:“我认为我们实验室也可以做出这种五边形的碳结构,理论上这种结构具有稳定性,但是需要仔细地检查。”学生最终做出了这种五边形的碳结构。事实证明,这种五边形的碳结构很漂亮也很简单。

碳结构一般为六角形结构,有时掺杂一些五边形,而五边形的石墨烯则是完全由五边形组成的二维碳结构。使用计算机模拟合成的五边形石墨烯材料在某些应用领域中可能优于石墨烯。因为五边形的石墨烯具有机械稳定性、高强度、耐高温性能达到1000开尔文。

Jena说:“人们所说的‘钻石恒久远’是因为将钻石转化回石墨需要极高的能量。同样,这是也适用于五边形的石墨烯。五边形的石墨烯具有一些有趣的特性,五边形的石墨烯是半导体,而石墨烯是导体。当石墨烯卷起形成碳纳米管时,可以作为金属或半导体使用,但五边形的石墨烯卷起形成纳米管时总体现为半导体。”

五边形石墨烯的的延伸性也十分优异。Wang 说:“拉伸石墨烯时,石墨烯在拉伸方向伸展,同时沿垂直方向收缩。然而,拉伸五边形的石墨烯时,五边形的石墨烯会在两个方向同时扩展。”

五边形的石墨烯的泊松比为负值,这种材料的机械性能十分罕见,具有潜在的应用前景。

总之,五边形的石墨烯可以应用于电子、生物医药、纳米技术等诸多领域。

    Jena说:“我们的下一步计划是合成五边形的石墨烯。五边形石墨烯的使用性能十分稳定。问题在于如何合成五边形的石墨烯。文章中体现了我们的一些想法。目前,这种想法是基于理论的计算机模拟结果,但我们完全有理由相信,这样的预测可以实现。一旦成功合成五边形的石墨烯,将会打开一个全新的碳领域。在此之前,二维碳结构从未完全由五边形构成。”

文章来源:新材料在线







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