从C20到五边形石墨烯示意图

一般来说，石墨烯是一种六边形结构的碳材料。日前，北京大学应用物理与技术研究中心王前教授课题组与其他国际合作者模拟了一种称为五边形石墨烯的新型碳材料的合成。与由碳六元环所构成的石墨烯不同，这种碳的新同素异形体是以纯碳五元环为结构基元构成的二维结构，并具有可与石墨烯媲美的优异性质。该研究成果近日发表在《美国科学院院刊》上。

碳材料一直被认为是材料科学研究的前沿。此前已经发现的碳材料和碳纳米结构大多是以碳六元环作为主要结构基元而构成，除最小的富勒烯C20分子以外，仅以碳五元环为结构基元而构成的碳材料尚未发现。王前团队发现只用碳五元环也可以构成二维的碳结构，打破了碳材料中的“孤立五边形规则”，并用分子动力学模拟证明了五边形石墨烯是热稳定的，可以承受高达1000K的温度。

五边形石墨烯具有新颖的结构，其投影类似于一种名为“开罗五边形瓷砖”的装饰图案。研究人员提出，五边形石墨烯可以使用化学剥离技术从一种称为T12相的碳同素异形体得到。

王前团队通过深入研究发现，五边形石墨烯具有罕见的负泊松比效应，即当一个方向受到拉伸应变时，其垂直方向具有扩张效应，这与普通材料具有收缩效应是不同的；在承受双轴拉伸应变时，它具有可与石墨烯媲美的超高力学强度。因此五边形石墨烯具有特殊的物理机械性能，如具有比石墨烯更好的抗断裂性能和回弹韧性，以及抗负荷能力等，可应用于隔音材料和缓冲材料。

王前认为，这项研究极大地丰富了人们对碳结构的认识。五边形石墨烯可应用于轻质半导体薄膜器件，应变放大器等。一旦合成出来，可望在纳米尺度的电子和机械器件中找到广泛的用途。（来源：科技日报 陈磊）