中、美、日三國科學家近日發(fā)現(xiàn)一種碳的新結構——五邊形石墨烯。這種以碳五元環(huán)為結構基元構成的二維結構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體石墨烯，在電子學、生物醫(yī)學和納米技術等領域具有廣泛的應用前景。這項發(fā)現(xiàn)引起了國際科學界的高度關注。

北京大學應用物理與技術研究中心王前教授、中科院上海技術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)也可以構成準二維的亞穩(wěn)碳結構，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構命名為五邊形石墨烯。

此前已經發(fā)現(xiàn)的碳材料大多是以碳六元環(huán)作為主要結構基元而構成，有的時候與五邊形相互聯(lián)結，后者通常被認為是拓撲缺陷，僅以碳五元環(huán)為結構基元而構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)豐富了人們對碳結構的認識。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強度。同時，五邊形石墨烯還具有一個大的內秉帶隙，這一特性可使基于五邊形石墨烯的半導體容易打開和關斷，而不需要像石墨烯那樣通過化學或物理的修飾來打開帶隙，這也是石墨烯在電子器件應用受阻的阻礙之一。此外，這種五邊形石墨烯不僅可以卷成以五元碳環(huán)為結構基元的半導體碳納米管，還可堆疊成穩(wěn)定的三維碳塊體結構，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。