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开云体育新型半导体材料诞生!郑健研究员团队十年磨一剑终获成功!

发布时间:2022-10-30 19:27:03

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富勒烯、碳纳米管、石墨烯、石墨炔。碳材料一直被认为是一种未来的材料,每一种新型碳材料的发现都引发了材料学家的研究热潮。如今,碳家族增加了新成员——中国科学院化学研究所郑健研究员团队十年磨剑,通过简单的常压反应条件,创造了新型碳同素异形单晶单层聚合C60,结晶度高,热稳定性好,为碳材料的研究提供了新的思路。


这一成果发表在16日出版的国际学术期刊《自然》上,引起了国际化学界和材料学界的广泛关注。


由同一元素组成的物质,由于原子排列不同,表现出不同的物理和化学性质,我们称之为同素异形体。柔软的石墨和硬钻石都是碳的同素异形体,有不同的重要应用。但这些材料都存在于自然界中,科学家们一直在寻找是否有可能用碳原子构建新材料,并定制我们需要的新碳材料。


对于纯碳材料的制备,过去的想法是用碳原子作为基本单元来构建。郑健解释说,他带领团队创造性地用C60分子代替碳原子作为基本单元。在常温常压的温和条件下,C60分子通过与金属镁混合聚合,然后通过有机阳离子切片策略去除金属镁,最终得到单层聚合C60。这是一种全新的聚合二维超结构,由C60聚合物通过C-C键在平面上形成规则拓扑结构。为了得到这个稳定的结构,我们花了五年时间。郑健说,C60分子中有60个碳原子。为了得到一个稳定的结构,相邻分子中的碳原子必须形成一个稳定的连接。论文第一作者、郑健团队成员侯凌翔博士说:可能性太多了,但正确的道路只有一条,否则C60分子就不会按照设计规则连接,很难测量其尺寸和性质。我们尝试了很多方法,制备了很多样品,走了很多弯路。潜心研究的结果表明,这种新材料是郑健团队想要得到的。


同时,测量结果还发现,这种新材料是典型的半导体,具有良好的热力学稳定性,在326.85℃左右仍然稳定。郑健说:我们认为,这种新材料在非线性光学和功能电子设备方面具有重要的应用前景,在超导、量子计算、自旋输送、信息和能量存储、催化等领域也有潜在的应用。接下来,该团队将深入研究这种新材料的特性,并探索更多的应用场景和更大的应用价值。

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