3D设计导致第一个稳定且坚固的自组装1D纳米石墨烯线

纳米石墨烯具有柔韧性，但比钢更坚固。该材料具有独特的物理和电子特性，由仅一个原子厚的碳分子组成，呈蜂窝状排列。在技​​术发展的早期，目前的制造方法需要添加取代基以获得均匀的材料。直到现在，无添加剂的方法会产生脆弱、易碎的纤维。

一个国际研究团队开发了自组装、稳定且坚固的纳米石墨烯线。结果发表在 3 月 24 日的化学学会杂志上。

该团队由国立自然科学研究院分子科学研究所副教授 Yasutomo Segawa 领导，着手合成弯曲的、无限堆叠的纳米石墨烯——就像纸板罐中的薯片一样——可以组装成纳米线。

“有效堆叠的碳氢化合物线有可能用作各种纳米半导体材料，”Segawa 说。“以前，为了控制电线的组装，有必要引入与所需电子功能无关或抑制的取代基。”

Segawa 表示，通过从制造过程中去除取代基或添加剂，研究人员可以开发具有特定所需电子功能的分子材料。考虑到这一目标，该团队开发了一种称为“咬合”翘曲纳米石墨烯 (bWNG) 的分子，其中 68 个碳原子和 28 个氢原子形成“咬合苹果”形状。作为溶液创建，当在己烷(汽油中具有六个碳原子的一种成分)存在下蒸发超过 24 小时时，bWNG 会变成凝胶。

研究人员试图对原始溶液的分子进行重结晶，以通过 X 射线晶体学检查 bWNG 凝胶的具体结构。这种技术可以通过用 X 射线照射晶体结构并观察它们如何衍射来揭示晶体的原子和分子结构。

“我们多次尝试重结晶以确定结构，但它增长到只有几百纳米，”Segawa 说，并指出这个尺寸对于 X 射线晶体学来说太小了。“只有通过电子衍射，一种确定有机材料结构的新方法，我们才能分析结构。”

电子衍射类似于 X 射线晶体学，但它使用电子而不是 X 射线，导致与样品材料的干涉图案表明内部结构。

他们发现 bWNG 凝胶由双链双螺旋纳米纤维组成，这些纳米纤维由弯曲的、可堆叠的纳米石墨烯组装而成。

“纳米纤维的结构是双链双螺旋，非常稳定，因此非常坚固，”Segawa 说。“接下来，我们想实现一种完全由碳原子制成的半导体线。”

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