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        我國科學(xué)家創(chuàng)制出碳家族單晶新材料

        2022-10-27 11:43:22
        有色金屬材料與工程 2022年4期
        關(guān)鍵詞:研究

        碳是一種神奇的材料,既可以構(gòu)成柔軟的鉛筆芯,也可以構(gòu)成堅(jiān)硬的金剛石。2022 年6 月16日,《自然》雜質(zhì)發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)于碳家族新材料的研究成果。中國科學(xué)院化學(xué)研究所的研究人員,在常壓下通過簡單的反應(yīng)條件,創(chuàng)制出一種新型碳同素異形體單晶—單層聚合C60。

        金剛石、石墨烯、富勒烯、碳納米管……碳材料家族成員,大家并不陌生,它們一直被認(rèn)為是一種未來材料。雖然這些材料都由碳原子構(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)問題?!捌駷橹?,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)筑更高級的二維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)材料一直未能實(shí)現(xiàn)?!敝锌圃夯瘜W(xué)所研究員鄭健坦言。

        為此,經(jīng)過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C60 聚合在一個(gè)平面上,并通過碳碳鍵相互共價(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C60 單晶?!巴ㄟ^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?!编嵔≌f,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。

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