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全新碳材料形態(tài)——石墨富勒烯 開啟分子碳構(gòu)筑未來新材料的無限可能
美國哥倫比亞大學(xué) ElenaMeirzadeh、MichaelL. Steigerwald、JingjingYang,、ColinNuckolls 和 XavierRoy 等研究者，他們利用化學(xué)氣相傳輸法制備出了一種介于富勒烯和石墨烯之間的新型二維碳材料，命名為“石墨富勒烯（graphullerene）”，相關(guān)研究工作以“A few-layer covalent network of fullerenes”為題于 2023 年 1 月 4 日發(fā)表《Nature》上。
研究者報(bào)道了一種宏觀層狀晶體，其具備電荷中性、純碳基等特點(diǎn)。通過機(jī)械剝離，這些晶體可以產(chǎn)生具有干凈界面的中性碳二維分子薄片。盡管這種二維分子薄片類似于石墨烯，但卻是一種由共價鍵連接的、以富勒烯作為結(jié)構(gòu)基元構(gòu)成的層狀二維材料。在外觀上，呈現(xiàn)出六角形狀的排列形式。
相比此前學(xué)界發(fā)現(xiàn)的聚合富勒烯物種，由于面內(nèi)富勒烯基元之間的獨(dú)特鍵合結(jié)構(gòu)，中性的二維共價網(wǎng)絡(luò)顯示出更高的熱穩(wěn)定性。并且，其熱傳導(dǎo)性能比分子富勒烯晶體高出近一個數(shù)量級。另外，通過使用透射電子顯微鏡和近場納米光致發(fā)光光譜，該團(tuán)隊(duì)對少層石墨烯薄片加以成像，借此揭示了莫爾超晶格的存在。這說明這種二維材料能被作為可行性平臺，以用于進(jìn)行莫爾工程，進(jìn)而去定制激子系統(tǒng)，并有望調(diào)節(jié)二維異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的光電特性。高質(zhì)量的電荷中性全碳宏觀晶體，能用于直接剝離并獲得表面沒有反離子或污染物的二維薄片，從而滿足創(chuàng)建高質(zhì)量異質(zhì)結(jié)構(gòu)和光電設(shè)備的要求。
這種由富勒烯基元共價連接而成的電荷中性二維全碳網(wǎng)絡(luò)，是一種全新的碳材料形式，針對它的研究尚處于早期階段，諸多性能尚未被探索。目前來看，該材料具有很好的導(dǎo)熱性，因而有望用于電子、航空航天、汽車、國防等需要熱管理的散熱場景。另外，這種材料也具備用于構(gòu)筑莫爾超晶格的潛力，進(jìn)而能用于構(gòu)建受限光學(xué)和量子設(shè)備等。
