23 июня 2022

Создана новая форма углерода - однослойный полимерный фуллерен

На свете существует целый ряд материалов естественного и синтетического происхождения, состоящих исключительно из атомов углерода. Каждая из таких форм углерода, аллотропов, обладает рядом своих физических и электрических свойств, некоторые из которых бывают весьма экзотическими, что открывает широкие возможности по применению этих форм в электронике, оптике, квантовых технологиях и т.п. И недавно "семья" углеродных материалов пополнилась еще одним членом, обладающим уникальной структурой, однослойным полимерным фуллереном, синтезированным учеными из Института химии китайской Академии Наук.

Отметим, что ничего подобного ученым не доводилось получать ранее. А сейчас появление нового материала стало возможным благодаря разработке китайскими учеными нового метода отделения слоев от кристаллического материала. Этим материалом стал кристалл, в котором сферы фуллерена C60 организованы в виде упорядоченной трехмерной структуры, будучи связаны друг с другом при помощи атомов магния. Используя метод обмена катионами с веществами-лигандами в качестве инициатора и катализатора, ученым удалось расколоть связи между отдельными слоями и отделить листы однослойного наноматериала.

Структура однослойного полимерного фуллерена, показанная на изображении выше, была исследована при помощи специализированной рентгеновской установки, совмещенной с электронным микроскопом (X-ray diffraction and scanning transmission electron microscopy, STEM). В структуре этого материала узлы из фуллерена C60 ковалентно связаны друг с другом, формируя регулярную топологию, кардинально отличающуюся от топологии любых других двумерных материалов.

Дальнейшее изучение нового материала показало, что он имеет ряд интересных анизотропных свойств и имеет электронную запрещенную зону умеренной ширины, в 1.6 эВ, что обеспечивает возможность применения полимерного фуллерена в электронике.

"Наша работа является первой, в ходе которой был успешно синтезирован однослойный полимерный фуллерен, ставший еще одним членом семьи углеродных материалов" - пишут исследователи, - "Это достижение открывает совершенно новую область исследований и применения двумерных углеродных материалов, а разработанная нами технология синтеза может быть использована для получения еще более экзотических форм углерода".