常温常压下存在三维金属碳获理论证实

 

据物理学家组织网11月7日（北京时间）报道，一个国际研究小组从理论上证实，可能存在处于常温常压下并具有金属特性的三维（3D）形式的碳。发表在本周美国《国家科学院院刊》网络版上的这一研究成果将极大地推进碳科学的研究。

碳科学是科学家们非常关注的研究领域。碳不仅是形成生命的化学基础，而且具有丰富的化学和物理特性，是材料科学家感兴趣的目标。碳可以多种结构形式存在，从石墨到金刚石，再到巴克敏斯特富勒烯（巴克球）、碳纳米管和石墨烯，不一而足。但要找到能够在常温常压条件下稳定存在并且具有金属特性的三维形式的碳，一直是科学家们面临的挑战。

来自北京大学、美国弗吉尼亚联邦大学和中国科学院上海技术物理研究所的研究人员采用最先进的理论方法证明，可以操纵碳形成一个三维的具有金属性质的环环相扣的六角形。

“环环相扣的六角形提供了两个独特的性质——六角形的排列方式能够产生金属特性，而通过四面体键环环相扣的形式则确保了稳定性。”这项研究的共同带头人、弗吉尼亚联邦大学人文与科学学院物理学教授普鲁·耶拿说。这些属性的正确组合，将来有望适用于各种不同的技术。

“与需要3万亿帕斯卡的压力来制造金属碳的高压技术不同，这个被研究的结构在常温常压条件下很稳定，或许可以用苯或聚并苯分子来合成。”另一位研究带头人、北京大学教授、同时兼职于弗吉尼亚联邦大学的王倩（音译）说。

“新的金属碳结构可能在研发适用于太空、催化作用以及负微分电阻器件或超导设备的轻金属方面，具有重要的应用前景。”王倩说。

耶拿表示，他们的工作仍处于早期阶段，但他希望这些发现能推动相关研究从理论进入实验阶段。

从最硬到最软，从绝缘体到导体，从全吸光到全透光，各种类型碳材料所具有的性质几乎囊括了地球上所有物质的特性，极大地推动了航空航天、能源、交通、化工等领域的快速发展。碳纳米管使太空电梯有望成真，石墨烯使超级计算机可以放进口袋，核石墨则可成为核电站的安全卫士，从科学家们对碳纳米管、石墨烯、核石墨等碳材料的未来畅想中，人们看到了激动人心的前景，而如今的三维金属碳，应该会更有过之而无不及吧。