工學院王前課題組關于金屬碳的研究成果發(fā)表于《美國科學院院刊》

時間：2013-11-15 09:05  作者：  來源：北京大學新聞網(wǎng)

近日，美國科學院院刊PNAS刊發(fā)了北京大學應用物理與技術研究中心王前教授課題組及其合作者題為Stable Three-Dimensional Metallic Carbon Phases with Interlocking Hexagons 的研究論文，報導了他們在金屬碳材料領域的最新成果（http://www.pnas.org/content/early/2013/10/31/1311028110.full.pdf+html)。
　　
　　從古老的石墨、金剛石到當下納米科學技術的明星材料富勒烯、碳納米管和石墨烯，碳由于其獨特的物理和化學性質(zhì)一直備受科學家關注。1996年的諾貝爾化學獎授予給了發(fā)現(xiàn)C60的科學家，2010的諾貝爾物理獎授予給了研究石墨烯的科學家。因此，在新材料的研究中，碳材料充當著領頭羊的角色。金屬碳是當前碳材料研究的熱點之一：一維碳納米管的金屬性依賴于其手征性且實驗中難以實現(xiàn)可控生長和分離；二維的石墨烯因其費米面處的電子態(tài)密度為零只能表現(xiàn)出半金屬性，三維的金剛石則是半導體。設計與合成穩(wěn)定的三維金屬碳材料是科學家們的夙愿。此前日本科學家提出的K4結(jié)構(gòu)和英國科學家提出的簡單立方結(jié)構(gòu)的金屬碳都被證實無法在常溫常壓下穩(wěn)定存在。
　　
　　王前課題組及其合作者通過分析實現(xiàn)金屬碳所需的條件，以碳的六元環(huán)為結(jié)構(gòu)基元，設計出了相互嵌套的三維碳結(jié)構(gòu)，并通過基于理論的深入研究，證明了由這種結(jié)構(gòu)單元的奇妙組合所構(gòu)成的三維碳結(jié)構(gòu)不僅能在常溫常壓下穩(wěn)定存在，而且表現(xiàn)出金屬性。這種三維金屬碳，由于其費米面處的電子態(tài)密度高，且具有納米多孔性，可能表現(xiàn)出新奇的催化特性，并且還可能具有負微分阻抗、磁性和超導性等奇特物理特性，在許多領域都具有廣闊的應用前景。這一發(fā)現(xiàn)將極大地豐富人們對碳材料的特性的認識并拓寬其應用領域。美國科學新聞、物理新聞以及科技日報、中國科技網(wǎng)、中國科學院網(wǎng)等諸多科學媒體對該研究進行了報道；“PNAS”和“The New York Times” 的科學記者對王前教授進行了專訪， 并在PNAS的主頁上發(fā)表了評述。
　　
　　《科技日報》在11月8號頭版的“總編輯卷點”評述說：“從最硬到最軟，從絕緣體到導體，從全吸光到全透光，各種類型碳材料所具有的性質(zhì)幾乎囊括了地球上所有物質(zhì)的特性，極大地推動了航空航天、能源、交通、化工等領域的快速發(fā)展。碳納米管使太空電梯有望成真，石墨烯使超級計算機可以放進口袋，核石墨則可成為核電站的安全衛(wèi)士，從科學家們對碳納米管、石墨烯、核石墨等碳材料的未來暢想中，人們看到了激動人心的前景，而如今的三維金屬碳，應該會更有過之而無不及”。
　　
　　該論文的第一作者為北京大學應用物理與技術研究中心博士研究生張順洪, 通訊作者為王前教授。合作者包括弗吉亞聯(lián)邦大學物理系的Jena教授，中國科學院上海技術物理研究所陳效雙研究員。該研究得到國家自然科學基金委、973項目及紅外物理國家重點實驗室的資助。