Ikke grafen:Forskere opdager ny type atomisk tyndt kulstofmateriale

Kulstof findes i forskellige former. Ud over diamant og grafit, der er nyligt opdagede former med forbløffende egenskaber. For eksempel grafen, med en tykkelse på kun et atomlag, er det tyndeste kendte materiale, og dets usædvanlige egenskaber gør det til en ekstremt spændende kandidat til applikationer som fremtidens elektronik og højteknologisk ingeniørarbejde. I grafen, hvert kulstofatom er knyttet til tre naboer, danner sekskanter arrangeret i et bikagenetværk. Teoretiske undersøgelser har vist, at kulstofatomer også kan arrangeres i andre flade netværksmønstre, mens den stadig binder til tre naboer, men ingen af ​​disse forudsagte netværk var blevet realiseret indtil nu.

Forskere ved universitetet i Marburg i Tyskland og Aalto-universitetet i Finland har nu opdaget et nyt kulstofnetværk, som er atomisk tynd som grafen, men består af firkanter, sekskanter, og ottekanter, der danner et ordnet gitter. De bekræftede netværkets unikke struktur ved hjælp af højopløsnings scanning probemikroskopi og fandt interessant nok, at dets elektroniske egenskaber er meget forskellige fra grafen.

I modsætning til grafen og andre former for kulstof, det nye Biphenylene netværk – som det nye materiale hedder – har metalliske egenskaber. Smalle striber af netværket, kun 21 atomer brede, opfører sig allerede som et metal, mens grafen er en halvleder i denne størrelse. "Disse striber kan bruges som ledende ledninger i fremtidige kulstofbaserede elektroniske enheder." sagde professor Michael Gottfried, ved universitetet i Marburg, som leder det team, der har udviklet ideen. Hovedforfatteren af ​​undersøgelsen, Qitang Fan fra Marburg, fortsætter, "Dette nye kulstofnetværk kan også tjene som et overlegent anodemateriale i lithium-ion-batterier, med en større lithium-lagringskapacitet sammenlignet med de nuværende grafen-baserede materialer."

Holdet på Aalto Universitet hjalp med at afbilde materialet og tyde dets egenskaber. Gruppen af ​​professor Peter Liljeroth udførte den højopløselige mikroskopi, der viste materialets struktur, mens forskere ledet af professor Adam Foster brugte computersimuleringer og analyser til at forstå materialets spændende elektriske egenskaber.

Det nye materiale er lavet ved at samle kulstofholdige molekyler på en ekstremt glat guldoverflade. Disse molekyler danner først kæder, der består af forbundne sekskanter, og en efterfølgende reaktion forbinder disse kæder sammen for at danne firkanter og ottekanter. Et vigtigt træk ved kæderne er, at de er chirale, hvilket betyder, at de findes i to spejlingstyper, som venstre og højre hånd. Kun kæder af samme type samler sig på guldoverfladen, danne velordnede forsamlinger, før de forbindes. Dette er afgørende for dannelsen af ​​det nye kulstofmateriale, fordi reaktionen mellem to forskellige typer kæder kun fører til grafen. "Den nye idé er at bruge molekylære prækursorer, der er tilpasset til at give biphenylen i stedet for grafen, " forklarer Linghao Yan, som udførte højopløsningsmikroskopi-eksperimenterne på Aalto Universitet.

For nu, holdene arbejder på at producere større ark af materialet, så dets anvendelsespotentiale kan udforskes yderligere. Imidlertid, "Vi er overbeviste om, at denne nye syntesemetode vil føre til opdagelsen af ​​andre nye kulstofnetværk." sagde professor Liljeroth.

Undersøgelsen er offentliggjort i Videnskab .