Các nhà nghiên cứu tại Đại học Marburg ở Đức và Đại học Aalto ở Phần Lan hiện đã phát hiện ra một mạng lưới carbon mới, mỏng về mặt nguyên tử như graphene, nhưng được tạo thành từ các hình vuông, hình lục giác và hình bát giác tạo thành một mạng tinh thể có trật tự.
Carbon tồn tại ở nhiều dạng khác nhau. Ngoài kim cương và than chì, có những dạng carbon được phát hiện gần đây với các đặc tính đáng kinh ngạc. Ví dụ, graphene, với độ dày chỉ bằng một lớp nguyên tử, là vật liệu mỏng nhất được biết đến, và các đặc tính khác thường của nó khiến nó trở thành một ứng viên tiềm năng cho các ứng dụng như điện tử và kỹ thuật công nghệ cao trong tương lai. Trong graphene, mỗi nguyên tử carbon được liên kết với ba nguyên tử xung quanh, tạo thành các hình lục giác được sắp xếp trong một mạng lưới tổ ong. Các nghiên cứu lý thuyết đã chỉ ra rằng các nguyên tử cacbon cũng có thể sắp xếp theo các mô hình mạng phẳng khác, trong khi vẫn liên kết với ba nguyên tử xung quanh, nhưng chưa có mạng nào trong số các mạng kể trên được thực hiện cho đến nay.
Ảnh minh họa. Nguồn: Đại học Marburg & Đại học AaltoCác nhà nghiên cứu tại Đại học Marburg ở Đức và Đại học Aalto ở Phần Lan hiện đã phát hiện ra một mạng lưới carbon mới, mỏng về mặt nguyên tử như graphene, nhưng được tạo thành từ các hình vuông, hình lục giác và hình bát giác tạo thành một mạng tinh thể có trật tự. Họ đã xác nhận cấu trúc độc đáo của mạng bằng cách sử dụng kính hiển vi đầu dò quét có độ phân giải cao. Điều thú vị là các đặc tính điện tử của nó rất khác so với graphene.
Trái ngược với graphene và các dạng khác của carbon, mạng Biphenylene mới - với tên gọi của vật liệu mới này - có đặc tính kim loại. Các sọc hẹp của mạng, chỉ rộng 21 nguyên tử, đã hoạt động như một vật liệu kim loại, trong khi graphene là một chất bán dẫn ở kích thước này. "Những đường sọc này có thể được sử dụng làm dây dẫn điện trong các thiết bị điện tử làm từ carbon trong tương lai." Giáo sư Michael Gottfried tại Đại học Marburg, người dẫn đầu nhóm phát triển ý tưởng cho biết. Tác giả chính của nghiên cứu, Qitang Fan từ Marburg nhận định, "Mạng lưới carbon mới này cũng có thể đóng vai trò như một vật liệu cực dương cao cấp trong pin lithium-ion, với dung lượng lưu trữ lithium lớn hơn so với các vật liệu dựa trên graphene hiện tại."
Nhóm nghiên cứu tại Đại học Aalto đã giúp hình ảnh vật liệu và giải mã các đặc tính của nó. Nhóm của Giáo sư Peter Liljeroth đã thực hiện kính hiển vi độ phân giải cao cho thấy cấu trúc của vật liệu, trong khi nhóm các nhà nghiên cứu của Giáo sư Adam Foster sử dụng mô phỏng và phân tích máy tính để tìm hiểu các đặc tính điện thú vị của vật liệu.
Vật liệu mới này được tạo ra bằng cách lắp ráp các phân tử chứa carbon trên một bề mặt vàng cực kỳ mịn. Các phân tử này đầu tiên tạo thành các chuỗi, bao gồm các hình lục giác liên kết, và một phản ứng tiếp theo sẽ kết nối các chuỗi này lại với nhau để tạo thành các hình vuông và hình bát giác. Một đặc điểm quan trọng của dây chuyền là chúng không đồng đều, có nghĩa là chúng tồn tại ở hai kiểu phản chiếu, như tay trái và tay phải. Chỉ những chuỗi cùng loại mới tập hợp trên bề mặt vàng, tạo thành những cụm có trật tự tốt, trước khi kết nối với nhau. Điều này rất quan trọng đối với sự hình thành vật liệu carbon mới, bởi vì phản ứng giữa hai loại chuỗi khác nhau chỉ dẫn đến graphene. Linghao Yan, người đã thực hiện các thí nghiệm kính hiển vi độ phân giải cao tại Đại học Aalto, giải thích: “Ý tưởng mới là sử dụng các tiền chất phân tử được tinh chỉnh để tạo ra biphenylene thay vì graphene.
Hiện tại, các nhóm đang làm việc để sản xuất các tấm vật liệu lớn hơn, để có thể khám phá thêm tiềm năng ứng dụng của nó. Tuy nhiên, "Chúng tôi tin tưởng rằng phương pháp tổng hợp mới này sẽ dẫn đến việc phát hiện ra các mạng carbon mới khác", giáo sư Liljeroth cho biết
Link: https://www.sciencedaily.com/releases/2021/05/210520145301.htm
Hà Trần (Theo ScienceDaily)
