結構決定性能這個基本的化學原理在碳素材料中得到了最神奇的體現(xiàn)，改變碳原子之間的連接方式就會得到性能迥然不同的材料。石墨是半金屬和柔軟的潤滑劑；金剛石不導電，是最硬的材料；碳納米管既可以是半導體，又可以是金屬，同時又是強度最高的纖維；與碳納米管相似，石墨烯集好幾項看似不相容的性能與一身，是載流子遷移率最高的半導體。從人工合成金剛石到碳納米管和石墨烯，碳科學一直保持在科學研究的前沿。

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西安交大科研人員首次合成碳的新型同素異形體

在2011年，科學家通過計算預言了T-carbon的可能性，但是從來沒有人觀察到、能夠在實驗室合成。近日，西安交大電氣學院電力設備電氣絕緣國家重點實驗室新型儲能與能量轉換納米材料研究中心牛春明千人團隊張錦英研究小組在碳素材料研究過程中取得突破，合成了碳的又一個新型同素異形體，通過皮秒激光照射懸浮在甲醇溶液中的多壁碳納米管，在這種極端偏離熱力學平衡態(tài)的條件下，成功地實現(xiàn)了從sp2到sp3化學鍵的轉變，捕捉到了這種亞穩(wěn)態(tài)結構。詳細的結構研究發(fā)現(xiàn)在瞬間飛秒激光照射下中空的碳納米管轉變?yōu)閷嵭牡奶技{米棒，碳納米棒中碳原子之間的連接方式同理論預測的T-carbon完全一致，證明合成了這種結構。實驗的化學反應過程涉及氣、液和固態(tài)三相，反應機理有待進一步研究。

該研究激光實驗操作由西安交大機械學院王文君研究團隊完成，電鏡工作由西安交大電信學院賈春林教授團隊完成，理論模擬工作由新加坡南洋理工大學蘇海濱研究團隊完成。相關成果以“Pseudo-topotactic conversion of carbon nanotubes to T-carbon nanowires in methanol under irradiation of picosecond laser” 為題發(fā)表在Nature Communications雜志（https://www.nature.com/articles/s41467-017-00817-9）。

新型儲能與能量轉換納米材料研究中心

（http://cne.xjtu.edu.cn/CNRE/e/action/ListInfo/?classid=14）圍繞未來儲能和能量轉換科學技術發(fā)展的核心問題-材料開展研究，核心任務是通過基礎研究發(fā)現(xiàn)和合成可用于儲能和能量轉換的納米新材料，開發(fā)這些材料的生產和應用技術，推動這些技術的工業(yè)化進程。