五邊形石墨烯:一種新型的碳同素異形體被發(fā)現(xiàn)

時(shí)間:2015-02-12 17:54來(lái)源:新材料在線(xiàn)  作者:范偉花
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近日,弗吉尼亞聯(lián)邦大學(xué)以及中國(guó)、日本等國(guó)的大學(xué)發(fā)現(xiàn)了一種新型的碳同素異形體,它被稱(chēng)作“五邊形石墨烯”。這種五邊形的石墨烯只含有碳元素,呈薄片狀,其獨(dú)特的外形猶如開(kāi)羅街道上鋪設(shè)的五邊形瓷磚一樣。
 

作為弗吉尼亞聯(lián)邦大學(xué)人文與科學(xué)學(xué)院物理系的特聘教授,論文的高級(jí)作者——Puru Jena博士指出:“目前已發(fā)現(xiàn)的碳結(jié)構(gòu)主要包括富勒烯、碳納米管和石墨烯三種,各自具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)。五邊形的石墨烯就屬于該類(lèi)。”

題為“五邊形的石墨烯——一種新型的碳同素異形體”的論文將出現(xiàn)在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上,該論文基于北京大學(xué)和弗吉尼亞聯(lián)邦大學(xué)的聯(lián)合研究。該文章作者不僅包括Jena和Wang,還包括北京大學(xué)的Zhang Shunhong博士、弗吉尼亞聯(lián)邦大學(xué)的Zhou Jian博士后、上海中科院的Chen Xiaoshuang博士和日本仙臺(tái)東北大學(xué)的野Yoshiyuki Kawazoe博士。

北京大學(xué)教授、弗吉尼亞聯(lián)邦大學(xué)副教授,Wang Qian博士是在與丈夫在北京餐館里就餐時(shí)注意到餐館墻上描繪開(kāi)羅街頭五邊形瓷磚的作品。在告訴丈夫這幅作品僅由五邊形的結(jié)構(gòu)構(gòu)成后,Wang Qian博士將這幅作品拍照并寄給學(xué)生,并對(duì)他們說(shuō):“我認(rèn)為我們實(shí)驗(yàn)室也可以做出這種五邊形的碳結(jié)構(gòu),理論上這種結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性,但是需要仔細(xì)地檢查。”學(xué)生最終做出了這種五邊形的碳結(jié)構(gòu)。事實(shí)證明,這種五邊形的碳結(jié)構(gòu)很漂亮也很簡(jiǎn)單。

碳結(jié)構(gòu)一般為六角形結(jié)構(gòu),有時(shí)摻雜一些五邊形,而五邊形的石墨烯則是完全由五邊形組成的二維碳結(jié)構(gòu)。使用計(jì)算機(jī)模擬合成的五邊形石墨烯材料在某些應(yīng)用領(lǐng)域中可能優(yōu)于石墨烯。因?yàn)槲暹呅蔚氖┚哂袡C(jī)械穩(wěn)定性、高強(qiáng)度、耐高溫性能達(dá)到1000開(kāi)爾文。

Jena說(shuō):“人們所說(shuō)的‘鉆石恒久遠(yuǎn)’是因?yàn)閷€@石轉(zhuǎn)化回石墨需要極高的能量。同樣,這是也適用于五邊形的石墨烯。五邊形的石墨烯具有一些有趣的特性,五邊形的石墨烯是半導(dǎo)體,而石墨烯是導(dǎo)體。當(dāng)石墨烯卷起形成碳納米管時(shí),可以作為金屬或半導(dǎo)體使用,但五邊形的石墨烯卷起形成納米管時(shí)總體現(xiàn)為半導(dǎo)體。”

五邊形石墨烯的的延伸性也十分優(yōu)異。Wang 說(shuō):“拉伸石墨烯時(shí),石墨烯在拉伸方向伸展,同時(shí)沿垂直方向收縮。然而,拉伸五邊形的石墨烯時(shí),五邊形的石墨烯會(huì)在兩個(gè)方向同時(shí)擴(kuò)展。”

五邊形的石墨烯的泊松比為負(fù)值,這種材料的機(jī)械性能十分罕見(jiàn),具有潛在的應(yīng)用前景。

總之,五邊形的石墨烯可以應(yīng)用于電子、生物醫(yī)藥、納米技術(shù)等諸多領(lǐng)域。

Jena說(shuō):“我們的下一步計(jì)劃是合成五邊形的石墨烯。五邊形石墨烯的使用性能十分穩(wěn)定。問(wèn)題在于如何合成五邊形的石墨烯。文章中體現(xiàn)了我們的一些想法。目前,這種想法是基于理論的計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果,但我們完全有理由相信,這樣的預(yù)測(cè)可以實(shí)現(xiàn)。一旦成功合成五邊形的石墨烯,將會(huì)打開(kāi)一個(gè)全新的碳領(lǐng)域。在此之前,二維碳結(jié)構(gòu)從未完全由五邊形構(gòu)成。”

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