Углерод существует в различных формах. Помимо алмаза и графита, недавно были обнаружены формы с удивительными свойствами. Например, графен толщиной всего в один атомный слой является самым тонким из известных материалов, а его необычные свойства делают его чрезвычайно привлекательным кандидатом для таких приложений, как электроника будущего и высокотехнологичная инженерия. В графене каждый атом углерода связан с тремя соседями, образуя шестиугольники, образующие сотовую сеть. Теоретические исследования показали, что атомы углерода могут также располагаться в других плоских схемах сети, все еще связываясь с тремя соседями, но ни одна из этих предсказанных сетей до сих пор не была реализована.
Исследователи из Марбургского университета в Германии и Университета Аалто в Финляндии открыли новую углеродную сеть, которая атомарно тонка, как графен, но состоит из квадратов, шестиугольников и восьмиугольников, образующих упорядоченную решетку. Они подтвердили уникальную структуру сети с помощью сканирующей зондовой микроскопии и обнаружили, что ее электронные свойства сильно отличаются от свойств графена.
В отличие от графена и других форм углерода, новая бифениленовая сетка - как называется новый материал - обладает металлическими свойствами. Узкие полоски сетки, шириной всего 21 атом, уже ведут себя как металл, а графен - это металл. Полупроводниковое в этом размере. «Эти полосы могут быть использованы в качестве проводящих проводов в будущих электронных устройствах на основе углерода». - сказал профессор Майкл Готфрид из Марбургского университета, возглавляющий группу разработчиков этой идеи. Ведущий автор исследования, Цитанг Фан из Марбурга, продолжает: «Эта новая углеродная сеть может также служить в качестве превосходного анодного материала в литий-ионных батареях с большей емкостью лития по сравнению с нынешними материалами на основе графена. ”
Команда из Университета Аалто помогла создать изображение материала и расшифровать его свойства. Группа профессора Питера Лилджерота провела микроскопию с высоким разрешением, которая показала структуру материала, в то время как исследователи под руководством профессора Адама Фостера использовали компьютерное моделирование и анализ, чтобы понять захватывающие электрические свойства материала.
Новый материал изготовлен путем сборки углеродсодержащих молекул на чрезвычайно гладкой золотой поверхности. Эти молекулы сначала образуют цепи, состоящие из связанных шестиугольников, а последующая реакция соединяет эти цепи вместе, образуя квадраты и восьмиугольники. Важной особенностью цепочек является то, что они хиральные, что означает, что они существуют в двух типах зеркального отражения, таких как левая и правая рука. Только цепи одного типа собираются на поверхности золота, образуя упорядоченные сборки, прежде чем соединиться. Это критически важно для образования нового углеродного материала, потому что реакция между двумя разными типами цепочек приводит только к графену. «Новая идея состоит в том, чтобы использовать молекулярные предшественники, которые изменяются для получения бифенилена вместо графена», - объясняет Линхао Ян, который проводил эксперименты по микроскопии высокого разрешения в университете Аалто.
На данный момент команды работают над производством листов материала большего размера, чтобы можно было дополнительно изучить возможности его применения. Однако «Мы уверены, что этот новый метод синтеза приведет к открытию другого нового углерод сетей ». - сказал профессор Лилиерот.