Uutiset

Tutkijat löysivät uuden hiilimateriaalin, joka voi syrjäyttää grafeenin

Yhden atomin paksuinen bifenyleeni toimii kuin metalli, ja sitä voidaan käyttää grafeenin sijasta esimerkiksi litiumioniakuissa.
Rakennekuvan yläosassa näkyvät hiiliatomien säännönmukaisesti muodostamat neli-, kuusi- ja kahdeksankulmiot. Alaosa on atomivoimamikroskooppikuva keinotekoisesti valmistetusta materiaalista. Kuva: Marburgin yliopisto, Aalto-yliopisto
Rakennekuvan yläosa esittää bifenyleenin hiiliatomien säännönmukaisesti muodostamat neli-, kuusi- ja kahdeksankulmiot. Alaosa on atomivoimamikroskooppikuva keinotekoisesti valmistetusta materiaalista. Kuva: Marburgin yliopisto, Aalto-yliopisto.

Vuonna 2004 löydetystä, vain yhden atomikerroksen paksuisesta grafeenista on povattu uutta supermateriaalia. Fysiikan Nobelillakin palkittu löytö on nyt saanut haastajan Marburgin yliopiston ja Aalto-yliopiston tutkijoiden havaitsemasta aivan uudesta hiilimateriaalista.

Uusi materiaali on yhden atomin paksuinen ja tasomainen kuten grafeeni, mutta se koostuu hiiliatomien muodostamista neli-, kuusi- ja kahdeksankulmioista. Tutkijat kuvasivat ainutlaatuisen rakenteen atomivoimamikroskoopilla. Aiemmin vastaavanlaisten rakenteiden olemassaolo on voitu osoittaa vain tietokonemallinnuksilla.

Rakenteensa lisäksi uusi, bifenyleeniksi nimetty materiaali poikkeaa myös sähköisiltä ominaisuuksiltaan grafeenista. Päinvastoin kuin grafeeni se käyttäytyy metallin tavoin myös nanomittakaavassa. Bifenyleenin rakennenauhat ovat metallinomaisia jo 21 atomin levyisinä, kun taas grafeeni on samassa koossa puolijohde.

”Näitä nauhoja voitaisiin käyttää johtimina hiilipohjaisissa nanoelektroniikan komponenteissa”, sanoo professori Michael Gottfried Marburgin yliopistosta.

 ”Uusi hiilimateriaali voisi myös toimia erinomaisena anodimateriaalina litiumioniakuissa, ja sen varastointikapasiteetti voi olla suurempi kuin nykyisten grafeenipohjaisten materiaalien”, sanoo tutkijatohtori Qitang Fan Marburgista.

Kaksi Aalto-yliopiston tutkimusryhmää osallistui materiaalin atomirakenteen varmistamiseen ja sen ominaisuuksien selvittämiseen. Professori Peter Liljerothin johtama ryhmä mallinsi materiaalin ominaisuuksia kokeellisesti. Professori Adam Fosterin johtama ryhmä perehtyi puolestaan materiaalin erikoisiin sähköisiin ominaisuuksiin tietokonesimulaation avulla.

Bifenyleenia voidaan valmistaa kemiallisesti antamalla sopivien lähtöainemolekyylien reagoida erittäin sileällä kultapinnalla. Reaktion ensimmäisessä vaiheessa molekyylit muodostavat ketjuja, jotka koostuvat toisiinsa kytkeytyneistä kuusikulmaisista bentseenirenkaista. Seuraavassa vaiheessa ketjut yhdistyvät muodostaen neliötä ja kahdeksankulmiota.

Reaktiolle on ominaista ketjujen kiraalisuus: ne esiintyvät kahdessa eri muodossa, jotka ovat toistensa peilikuvia, ikään kuin oikea ja vasen käsi. Samanmuotoiset kiraaliset ketjut muodostavat itsejärjestäytyneitä molekyylisaarekkeita ennen reaktiota. Tämä on ratkaisevaa uuden hiilimateriaalin muodostumiselle – jos kaksi erityyppistä ketjua reagoi, syntyy tavallista grafeenia.

”Menetelmämme uusi idea on käyttää kemiallisen reaktion esiasteena sellaisia molekyylejä, joita on muokattu järjestäytymään sopivasti ja tuottamaan bifenyleeniä grafeenin sijasta”, sanoo tutkijatohtori Linghao Yan, joka toteutti atomimikroskooppikokeet Aalto-yliopistossa.

Tutkijat jatkavat työtä tuottamalla suuremman määrän uutta materiaalia selvittääkseen sen käyttömahdollisuuksia laajemmin.

 ”Olemme vakuuttuneita siitä, että tätä uutta valmistusmenetelmää voidaan käyttää myös muiden uudenlaisten hiilirakenteiden valmistamiseen”, professori Peter Liljeroth sanoo.

Lisätietoja:

Tutkimusartikkeli: Q.T. Fan, L.H. Yan, M.W. Tripp, O. Krejči, S. Dimosthenous, S.R. Kachel, M.Y. Chen, A.S. Foster, U. Koert, P. Liljeroth, J.M. Gottfried, Biphenylene Network: A Nonbenzenoid Carbon Allotrope, Science 372, (2021). https://science.sciencemag.org/content/372/6544/852

  • Professori Peter Liljeroth
    Aalto-yliopisto, teknillisen fysiikan laitos
    peter.liljeroth@aalto.fi 
     
  • Tutkijatohtori Linghao Yan (yhteydenotot englanniksi)
    Aalto-yliopisto, teknillisen fysiikan laitos
    linghao.yan@aalto.fi
  • Professori Adam Foster (yhteydenotot englanniksi)
    Aalto-yliopisto, teknillisen fysiikan laitos
    adam.foster@aalto.fi
  • Päivitetty:
  • Julkaistu:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

Ihmisiä työskentelemässä pöydän ääressä, kannettavat tietokoneet, muistilaput ja kahvikupit. Yksi henkilö kirjoittaa muistiinpanoja.
Yhteistyö, Opinnot, Yliopisto Julkaistu:

Ilmoittaudu Unite! Training Programme on Sustainability for Prospective Leaders -koulutusohjelmaan

Kansainvälinen verkkokoulutus opiskelijoille, opetushenkilöstölle ja johtajille, jotka haluavat edistää kestävän kehityksen aloitteita omissa organisaatioissaan. Ilmoittaudu viimeistään 13. helmikuuta 2026.
Kolme miestä seisoo sisätiloissa, pukeutuneina rentoihin vaatteisiin. Taustalla on näyttö ja toimistokalusteita.
Nimitykset Julkaistu:

Nikolai Ponomarev, Hossein Baniasadi ja Jorge Velasco aloittivat data-agentteina Kemian tekniikan korkeakoulussa

Data-agentit tukevat koulunsa ja laitostensa tutkijoita tutkimusdatanhallintaan liittyvissä kysymyksissä.
Avoimen tieteen palkinto 2025
Palkinnot ja tunnustukset Julkaistu:

Kansallisen avoimen tieteen vaikuttajapalkinnon sai vuonna 2025 Anne Sunikka

Kansallisen avoimen tieteen vaikuttajapalkinnon sai vuonna 2025 tutkimuspalveluiden OSA-tiimin tiiminvetäjä Anne Sunikka
Kolme ihmistä puistossa, taustalla vuoria. Yksi istuu penkillä, kaksi seisoo maisemaa katsellen.
Yhteistyö, Opinnot, Yliopisto Julkaistu:

Ehdota sisältöä Unite! Widening -koulutussarjaan tutkijoille

Unite!Widening kutsuu Aallon henkilöstöä, opettajia ja tutkijoita mukaan suunnittelemaan uutta, käytännönläheistä koulutussarjaa tutkijoille. Jaa osaamistasi ja rakenna yhteistyötä yliopistojen välillä. Tue tutkijoita kaikissa uravaiheissa. Hakuaika päättyy 2.2.2026.