新材料：不思議な炭素家族単結晶単層重合C 60

 

炭素は不思議な材料で、柔らかい鉛筆の芯を作ることもできるし、硬いダイヤモンドを構成することもできます。16日、「自然」は炭素家族の新しい材料に関する研究成菓を発表した。中国科学院化学研究所からの研究者は、常圧下で簡単な反応条件を通じて、新型の炭素同素異形体単結晶--単層重合C 60を創製した。

ダイヤモンド、グラフェン、フラーレン、カーボンナノチューブなどの材料は炭素原子で構成されていますが、原子配列が異なるため、全く異なる物理化学的性質を示すため、炭素の「同素異形体」と呼ばれています。

新しい炭素同素異形体を研究し、新しい炭素材料を調製することはずっと材料分野の最前線科学問題である。「これまで、単一原子は2次元材料を構築する最小単位でした。ナノクラスタを基本単位とし、伝統的な化学反応を用いて、ボトムアップで「レンガ」のようにより高度な2次元トポロジー構造材料を構築することは実現できませんでした」。中国科学院化学所の鄭健研究員は率直に言った。

5年間の鋭意研究を経て、研究者はドーピング重合-ピール二段階法を利用して、ナノクラスタC 60を一つの平麺上に重合し、炭素炭素炭素結合相互共有結合によって規則的な二次元トポロジー構造材料、すなわち単層二次元重合C 60単結晶を形成することに成功した。

「さらに研究を通じて、この新しい炭素材料は結晶性が高く、熱力学的安定性がよく、禁帯幅が適度であるなどの優れた特性を持っていることが分かった」。鄭健氏によると、これはグラフェンに続き、安定した二次元炭素材料だという。

鄭健氏によると、この研究は原子の代わりに炭素クラスタを用いて炭素材料を構築する新しい戦略を切り開いた。同時に、新しく調製された炭素材料は非線形光学と機能化電子デバイスの麺で巨大な応用将来性を持っており、超伝導、量子計算、スピン輸送、情報及びエネルギー貯蔵、触媒などの分野でも潜在的な応用価値を持っている。