Węgiel występuje w różnych formach – diament i grafit są najbardziej znane, ale inne mają bardziej niezwykłe właściwości. Grafen, o grubości zaledwie jednej warstwy atomowej, jest najcieńszym znanym materiałem, a jego niezwykłe właściwości czynią go niezwykle ekscytującym kandydatem do zastosowań w przyszłej elektronice i inżynierii. W grafenie każdy atom węgla jest połączony z trzema sąsiadami, tworząc sześciokąty ułożone w sieć o strukturze plastra miodu.
Badania teoretyczne wykazały, że atomy węgla mogą również układać się w inne płaskie wzory sieciowe, nadal wiążąc się z trzema sąsiadami, ale żadna z tych przewidywanych struktur nie została do tej pory odkryta.
Lepszy niż grafen
Naukowcy z Uniwersytetu w Marburgu w Niemczech i Uniwersytetu Aalto w Finlandii odkryli nową sieć węglową, która jest atomowo cienka jak grafen, ale składa się z kwadratów, sześciokątów i ośmiokątów tworzących uporządkowaną sieć. Potwierdzili oni unikalną strukturę sieci za pomocą mikroskopii skaningowej o wysokiej rozdzielczości i co ciekawe, odkryli, że jej właściwości elektroniczne różnią się znacznie od tych, którymi obdarzony jest grafen.
W przeciwieństwie do grafenu i innych form węgla, sieć bifenylenowa – jak nazwano nowy materiał – ma właściwości charakterystyczne dla metali. Wąskie paski sieci, o szerokości zaledwie 21 atomów zachowują się jak metal, podczas gdy grafen przy tej wielkości jest półprzewodnikiem.
Te paski mogłyby być wykorzystane jako przewodzące druty w przyszłych urządzeniach elektronicznych opartych na węglu. Ta nowatorska sieć węglowa może również służyć jako doskonały materiał anodowy w bateriach litowo-jonowych, o większej pojemności magazynowania litu w porównaniu z obecnymi materiałami opartymi na grafenie.profesor Michael Gottfried z Uniwersytetu w Marburgu
Zespół z Uniwersytetu Aalto pomógł w obrazowaniu materiału i rozszyfrowaniu jego właściwości. Grupa profesora Petera Liljerotha przeprowadziła mikroskopię o wysokiej rozdzielczości, która pokazała strukturę materiału, podczas gdy badacze kierowani przez profesora Adama Fostera wykorzystali symulacje komputerowe i analizy, aby zrozumieć ekscytujące właściwości elektryczne materiału.
Nowy materiał powstaje poprzez złożenie molekuł zawierających węgiel na niezwykle gładkiej powierzchni złota. Cząsteczki te najpierw tworzą łańcuchy, które składają się z połączonych sześciokątów, a następnie w wyniku reakcji, łączą te łańcuchy ze sobą, tworząc kwadraty i ośmiokąty.
Ważną cechą łańcuchów jest to, że są one chiralne, co oznacza, że istnieją w dwóch lustrzanych odbiciach – jak lewa i prawa ręka. Łańcuchy tego samego typu agregują na powierzchni złota, tworząc uporządkowane skupiska, zanim się połączą. Jest to krytyczne dla powstawania nowego materiału węglowego, ponieważ reakcja pomiędzy dwoma różnymi typami łańcuchów prowadzi tylko do powstania grafenu.
Nowy pomysł polega na wykorzystaniu prekursorów molekularnych, które są tak zmodyfikowane, że zamiast grafenu dają bifenylen.Linghao Yan z Uniwersytetu Aalto
Zespoły pracują nad wytworzeniem większych arkuszy materiału, tak aby można było dokładniej zbadać jego potencjalne zastosowania. Są pewni, że nowa metoda syntezy doprowadzi do odkrycia innych, nieznanych sieci węglowych.
