フラーレン、カーボンナノチューブ、グラフェン……新型炭素材料分野の発見は、人類の科学技術進歩に重要な影響を与えている。中国の科学者は炭素家族単結晶の新材料である単層重合炭素60の創製に成功し、これは新しいクラスター二次元超構造であり、炭素材料の研究に新しい構想を提供した。
この研究は中国科学院化学研究所の鄭健研究員チームが完成し、関連成菓は15日、国際学術定期刊行物「自然」オンラインで発表された。
炭素材料は自身の優れた力、熱、光、電気などの属性のため、トランジスタ、エネルギー記憶装置、超伝導などの分野で広く応用されている。ある材料学者は、人類社会は現在の「シリコン電子時代」から「炭素電子時代」に入ると考えている。そのため、新型炭素材料の製造はずっと材料分野の最前線科学問題である。
「炭素材料の性能はトポロジー構造と密接に関連している。この研究の最大の突破は、炭素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ことにある」。鄭健氏によると、これまで2次元材料を構築してきた最小単位は単一原子であり、炭素クラスタは複数の炭素原子、例えば炭素60は60個の炭素原子からなる球状構造である。チームは、炭素クラスターで2次元材料を構築することで、より珍しい性能を得ることが期待されていると考えています。
しかし、これまで、炭素クラスタを基本ユニットとしてより高度な2次元トポロジー構造を構築することは実現されていなかった。「炭素炭素結合の反応収率は100%ではなく、反応が不可逆であるため、伝統的な化学反応を用いてボトムアップで分子「レンガ」の方法で2次元クラスター炭素材料単結晶を調製することはほとんどできない」。鄭健は言った。
これに対して、チームは5年間の研究に専念し、最終的に常圧下で、ドーピング重合-ピール二段階法を利用して、単層二次元重合炭素60単結晶を調製することに成功し、炭素60が平麺上でC-C結合を通じて互いに共有結合して規則的なトポロジー構造を形成した。
研究により、単層重合炭素60は良好な熱力学的安定性を有し、300℃の高温でも安定して存在することが明らかになった。この材料は光/電気半導体装置、非線形光学と機能化電子装置などの麺で重要な応用将来性を持っており、超伝導、量子計算、情報及びエネルギー貯蔵、触媒などの分野でも応用潜在力を持っている。
