يكتشف الباحثون نوعًا جديدًا من مادة الكربون الرقيقة ذريًا

يوجد الكربون في أشكال مختلفة. بالإضافة إلى الماس والجرافيت ، هناك أشكال تم اكتشافها مؤخرًا بخصائص مذهلة. على سبيل المثال ، الجرافين ، بسمك طبقة ذرية واحدة ، هو أنحف مادة معروفة ، وخصائصه غير المعتادة تجعله مرشحًا جذابًا للغاية لتطبيقات مثل الإلكترونيات المستقبلية وهندسة التكنولوجيا المتقدمة. في الجرافين ، ترتبط كل ذرة كربون بثلاثة جيران ، مكونة أشكال سداسية مرتبة في شبكة قرص العسل. أظهرت الدراسات النظرية أن ذرات الكربون يمكن أن تنظم نفسها في نماذج أخرى من المشابك المسطحة أيضًا ، بينما لا تزال مرتبطة بثلاثة جيران ، ولكن لم يتم تحقيق أي من هذه المشابك المتوقعة حتى الآن.

اكتشف باحثون في جامعة ماربورغ في ألمانيا وجامعة آلتو في فنلندا الآن نوعًا جديدًا كربون شبكة الاتصال، وهو رقيق ذريًا مثل الجرافين ، ولكنه يتكون من مربعات وسداسية وثمانية تشكل شبكة مرتبة. لقد أكدوا الهيكل الفريد للمصفوفة باستخدام مجهر مسح ضوئي عالي الدقة ووجدوا بشكل مثير للاهتمام أن خصائصه الإلكترونية مختلفة تمامًا عن خصائص الجرافين.

على عكس الجرافين والأشكال الأخرى للكربون ، فإن شبكة البيفينيلين الجديدة – كما سميت المادة الجديدة – لها خصائص معدنية. الأشرطة الضيقة للشبكة ، بعرض 21 ذرة فقط ، تتصرف بالفعل مثل المعدن ، بينما الجرافين هو أشباه موصلات بهذا الحجم. “يمكن استخدام هذه الأشرطة كأسلاك الرصاص في الإلكترونيات القائمة على الكربون في المستقبل.” قال البروفيسور مايكل جوتفريد من جامعة ماربورغ ، الذي يرأس الفريق الذي طور الفكرة. يتابع المؤلف الرئيسي للدراسة ، Qitang Fan من ماربورغ: “يمكن أن تعمل هذه الشبكة الكربونية الجديدة أيضًا كمواد أنود متفوقة في بطاريات الليثيوم أيون، بسعة تخزين أكبر من الليثيوم مقارنة بالمواد الحالية القائمة على الجرافين. “

ساعد فريق جامعة آلتو في تصوير المادة وفك رموز خصائصها. قامت مجموعة البروفيسور بيتر ليليروث بإجراء الفحص المجهري عالي الدقة الذي أظهر بنية المادة ، بينما استخدم الباحثون بقيادة البروفيسور آدم فوستر المحاكاة والتحليلات الحاسوبية لفهم الخصائص الكهربائية المثيرة للمادة.

تتكون المادة الجديدة من تجميع جزيئات تحتوي على الكربون على سطح ذهبي شديد النعومة. تشكل هذه الجزيئات أولاً سلاسل مكونة من سداسيات مرتبطة ، ويربط تفاعل لاحق هذه السلاسل معًا لتشكيل مربعات وثمانيات. من السمات المهمة للسلاسل أنها متراصة ، مما يعني أنها تأتي في نوعين من الانعكاس ، مثل اليدين اليمنى واليسرى. فقط السلاسل من نفس النوع تتجمع على سطح الذهب وتشكل تجمعات أنيقة قبل التوصيل. هذا ضروري لتكوين المادة الكربونية الجديدة ، لأن التفاعل بين نوعين مختلفين من السلاسل يؤدي فقط إلى الجرافين. “الفكرة الجديدة هي استخدام السلائف الجزيئية التي يتم تعديلها لإنتاج ثنائي الفينيل بدلاً من الجرافينيقول لينغاو يان ، الذي أجرى تجارب الفحص المجهري عالي الدقة في جامعة آلتو.

في الوقت الحالي ، تعمل الفرق على إنتاج أوراق أكبر من المواد ، بحيث يمكن استكشاف إمكانات تطبيقها بشكل أكبر. ومع ذلك ، “نحن مقتنعون بأن هذه الطريقة الجديدة في التوليف ستؤدي إلى اكتشاف شبكات كربون جديدة أخرى.” قال الأستاذ Liljeroth.

تم نشر الدراسة في العلم.