中、美、日三國科學(xué)家近日發(fā)現(xiàn)一種碳的新結(jié)構(gòu)——五邊形石墨烯。這種以碳五元環(huán)為結(jié)構(gòu)基元構(gòu)成的二維結(jié)構(gòu)可望成為一種全新的碳材料，一旦制備出來，某些方面性能可能會超越導(dǎo)體石墨烯，在電子學(xué)、生物醫(yī)學(xué)和納米技術(shù)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。這項發(fā)現(xiàn)引起了國際科學(xué)界的高度關(guān)注。

　　北京大學(xué)應(yīng)用物理與技術(shù)研究中心王前教授、中科院上海技術(shù)物理研究所陳效雙研究員及其美、日合作者通過計算模擬研究發(fā)現(xiàn)，只用碳五元環(huán)也可以構(gòu)成準(zhǔn)二維的亞穩(wěn)碳結(jié)構(gòu)，其投影類似于一種名為“開羅五邊形瓷磚”的裝飾圖案，他們將這一新的二維結(jié)構(gòu)命名為五邊形石墨烯。

　　此前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的碳材料大多是以碳六元環(huán)作為主要結(jié)構(gòu)基元而構(gòu)成，有的時候與五邊形相互聯(lián)結(jié)，后者通常被認(rèn)為是拓?fù)淙毕荩瑑H以碳五元環(huán)為結(jié)構(gòu)基元而構(gòu)成的碳材料一直沒有發(fā)現(xiàn)，而新材料完全是二維五邊形碳同素異形體。這一發(fā)現(xiàn)豐富了人們對碳結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。目前，這一新型的碳同素異形體五邊形石墨烯已被“維基百科”收錄。

　　分子動力學(xué)模擬提示，五邊石墨烯能耐727℃高溫，且具有可與石墨烯媲美的超高力學(xué)強度。同時，五邊形石墨烯還具有一個大的內(nèi)秉帶隙，這一特性可使基于五邊形石墨烯的半導(dǎo)體容易打開和關(guān)斷，而不需要像石墨烯那樣通過化學(xué)或物理的修飾來打開帶隙，這也是石墨烯在電子器件應(yīng)用受阻的阻礙之一。此外，這種五邊形石墨烯不僅可以卷成以五元碳環(huán)為結(jié)構(gòu)基元的半導(dǎo)體碳納米管，還可堆疊成穩(wěn)定的三維碳塊體結(jié)構(gòu)，且這種三維碳材料具有比碳T12相更大的帶隙和較大的體彈性模量。