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【科研进展】科学家发现新型原子级碳材料,有望改善电池充电速度与续航力!
2021-06-03 17:57
德国马尔堡大学和芬兰阿尔托大学的研究人员,在近日发表了新的研究成果,他们发现了一种导电性比石墨烯更好的碳基(Carbon-based)材料。
碳原子最常见的结构包括石墨、钻石和无定形碳,而石墨烯则是近年来发现的最优秀的导电材料,厚度仅有一个原子,是以三个六角晶体构成蜂巢形状,是现今最薄的一种材料,也是目前高科技产业中最重要的原料之一。虽然在理论上,科学家知道碳原子可以使用更多不同的晶体结构来组成不同的形状,借此形成新的材料,但继石墨烯之后,还没有办法研发出更新的结构。
而马尔堡大学和阿尔托大学的研究团队,现在找到了一种新的碳晶体结构,名为“联二亚苯基(Biphenylene)”,厚度与石墨烯相同,但是由正方形、六边形和八边形组成,形成有序的晶格。
与石墨烯特性不同的是,新的联苯网络具有金属特性,在晶格宽度只有21个原子大小的状况下,联二亚苯基的电导率已与金属相同,而石墨烯在同等宽度下只有半导体的电导率。
研究团队使用黄金作为合成联二亚苯基的载体,在黄金表面上,碳分子会开始联结成正方形、六边形和八边形晶体,并形成“手性(Chiral)”结构,因此左右两边的碳结构将不会结合在一起。而团队发现必须使用黄金作为载体,才能维持手性结构,避免碳分子最终结合变成石墨烯而不是联二亚苯基。
“我们认为联二亚苯基,将来可以作为更优秀的电子设备原材料”,研究人员表示,“尤其是作为锂电池的导电材料,将来联二亚苯基锂电池的蓄电和充电能力,都会大幅优于石墨烯锂电池”。
据了解,这种新材料是通过将含碳分子组装在极其光滑的黄金表面而制成的。这些分子首先形成链,由相连的六边形组成,随后的反应将这些链连接在一起形成方形和八边形。
这些链的一个重要特征是它们是手性的,这意味着它们以两种镜像类型存在,就像左手和右手。只有相同类型的链在金表面聚集,形成有序的组合,然后再连接。这对于新碳材料的形成至关重要,因为两种不同类型的碳链之间的反应只能生成石墨烯。
相关人员解释说:“新的想法是利用分子前体进行调整,生成联苯烯而不是石墨烯。”
目前,研究小组正在努力生产更大的材料薄片,以便进一步探索其应用潜力。然而,研究人员指出,“我们相信这种新的合成方法将导致发现其他新的碳网络”。
而之后,研究团队将致力研发面积更大的联二亚苯基,以便将来运用在更多不同的产业上,团队并认为,联二亚苯基的发现,未来将激发全球其他研究团队,找出更多不同的碳基导电材料结构。
文章来源:风哥聊科技,科创板日报
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原标题:《【科研进展】科学家发现新型原子级碳材料,有望改善电池充电速度与续航力!》
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