Koolstof bestaat in verschillende vormen. Naast diamant en grafiet, er zijn recent ontdekte vormen met verbazingwekkende eigenschappen. Bijvoorbeeld grafeen, met een dikte van slechts één atoomlaag, is het dunste bekende materiaal, en zijn ongebruikelijke eigenschappen maken het een uiterst opwindende kandidaat voor toepassingen zoals toekomstige elektronica en hightech-engineering. in grafeen, elk koolstofatoom is gekoppeld aan drie buren, vormen zeshoeken gerangschikt in een honingraatnetwerk. Theoretische studies hebben aangetoond dat koolstofatomen zich ook in andere platte netwerkpatronen kunnen rangschikken, terwijl ze nog steeds gebonden zijn aan drie buren, maar geen van deze voorspelde netwerken was tot nu toe gerealiseerd.

Onderzoekers van de Universiteit van Marburg in Duitsland en de Aalto Universiteit in Finland hebben nu een nieuw koolstofnetwerk ontdekt, dat atomair dun is als grafeen, maar bestaat uit vierkanten, zeshoeken, en achthoeken die een geordend rooster vormen. Ze bevestigden de unieke structuur van het netwerk met behulp van scanning probe-microscopie met hoge resolutie en ontdekten interessant dat de elektronische eigenschappen ervan heel anders zijn dan die van grafeen.

In tegenstelling tot grafeen en andere vormen van koolstof, het nieuwe bifenyleennetwerk - zoals het nieuwe materiaal wordt genoemd - heeft metaalachtige eigenschappen. Smalle strepen van het netwerk, slechts 21 atomen breed, gedragen zich al als een metaal, terwijl grafeen een halfgeleider is van deze grootte. "Deze strepen kunnen worden gebruikt als geleidende draden in toekomstige op koolstof gebaseerde elektronische apparaten." zei professor Michael Gottfried, aan de Universiteit van Marburg, die het team leidt dat het idee heeft ontwikkeld. De hoofdauteur van de studie, Qitang-fan uit Marburg, gaat verder, "Dit nieuwe koolstofnetwerk kan ook dienen als een superieur anodemateriaal in lithium-ionbatterijen, met een grotere lithiumopslagcapaciteit in vergelijking met die van de huidige op grafeen gebaseerde materialen."

Het team van de Aalto University hielp het materiaal in beeld te brengen en de eigenschappen ervan te ontcijferen. De groep van professor Peter Liljeroth voerde de hoge resolutie microscopie uit die de structuur van het materiaal liet zien, terwijl onderzoekers onder leiding van professor Adam Foster computersimulaties en analyse gebruikten om de opwindende elektrische eigenschappen van het materiaal te begrijpen.

Het nieuwe materiaal wordt gemaakt door koolstofhoudende moleculen te assembleren op een extreem glad gouden oppervlak. Deze moleculen vormen eerst ketens die bestaan ​​uit gekoppelde zeshoeken, en een daaropvolgende reactie verbindt deze ketens met elkaar om de vierkanten en achthoeken te vormen. Een belangrijk kenmerk van de ketens is dat ze chiraal zijn, wat betekent dat ze in twee spiegeltypes bestaan, zoals linker- en rechterhand. Alleen kettingen van hetzelfde type aggregeren op het gouden oppervlak, goed geordende assemblages vormen, voordat ze verbinding maken. Dit is van cruciaal belang voor de vorming van het nieuwe koolstofmateriaal, omdat de reactie tussen twee verschillende soorten ketens alleen tot grafeen leidt. "Het nieuwe idee is om moleculaire voorlopers te gebruiken die zijn aangepast om bifenyleen op te leveren in plaats van grafeen, " legt Linghao Yan uit, die de hoge resolutie microscopie-experimenten uitvoerde aan de Aalto University.

Voor nu, de teams werken om grotere vellen van het materiaal te produceren, zodat het toepassingspotentieel verder kan worden onderzocht. Echter, "We zijn ervan overtuigd dat deze nieuwe synthesemethode zal leiden tot de ontdekking van andere nieuwe koolstofnetwerken." zei professor Liljeroth.

De studie is gepubliceerd in Wetenschap .