本报讯 最近，中科院研究生院教授苏刚及其博士生胜献雷等人设计提出了元素碳的一种新结构，该结构被命名为T型碳（T-carbon）。相关研究结果发表在国际著名期刊《物理评论快报》上。

 

碳是地球上组成生命的最基本元素之一。碳具有很强的结合能力，可与其他元素结合成不计其数的无机和有机化合物，形成了化学和生物的多样性，构成了现在丰富多彩的世界。

 

自然界的碳一般具有三种同素异形体：石墨、金刚石和无定形碳。经过长期大量的研究，人们已对上述材料的物理和化学性质有了深入理解。

 

自上世纪80年代以来，科学家对合成碳的新型同素异形体产生了浓厚兴趣，最著名的例子包括碳富勒烯、碳纳米管和石墨烯。这些结构不仅在化学、物理、材料和信息科学等领域产生了巨大影响，同时也在工业和技术上大量应用。基于这些结构，人们合成了许多新的衍生物，并制成了新的功能器件和相关产品。

 

另一方面，随着化学合成技术的进步，人们也不断得到一些比较复杂的碳的同素异形体，目前已进入探索碳的新型同素异形体的活跃期。

 

在国家自然科学基金委员会和中国科学院的资金支持下，苏刚和胜献雷等人通过大量对比研究后提出，如果将立方金刚石结构中每个原子用一个碳的正四面体来替代，将会形成碳的一种新型三维立方晶体结构。基于密度泛函的第一性原理研究，他们发现这种结构在几何、能量以及动力学上都是稳定的，并命名该同素异形体为T-carbon。

 

他们的研究表明，与其他同素异形体比较，T-carbon沿特定方向上的原子间距比较大，原子体积是金刚石的2倍多、石墨的1.5倍；其体弹性模量是金刚石的36%、石墨的57%。由于T-carbon原子间的空隙较大，非常利于做储能材料。

 

专家认为，由于这些独特性能，T-carbon一旦在实验上被获得，将会在光催化、吸附、储氢、航空航天材料等领域有潜在的广泛应用。进一步研究显示，T-carbon也有可能在宇宙星际尘埃或太阳系外行星中被观察到。该工作已被Science News、PhysOrg.com等作为研究亮点报道。（肖洁）

 

《科学时报》 (2011-04-28 A1 要闻)