Forskare vid Virginia Commonwealth University och universitet i Kina och Japan har upptäckt en ny strukturell variant av kol som kallas "penta-grafen" - ett mycket tunt ark av rent kol som har en unik struktur inspirerad av ett femkantigt mönster av plattor som hittats på gatorna i Kairo.

Det nyupptäckta materialet, kallas penta-grafen, är ett enda lager av kol femhörningar som liknar Kairo plattsättning, och det verkar vara dynamiskt, termiskt och mekaniskt stabil.

"De tre sista viktiga formerna av kol som har upptäckts var fulleren, nanoröret och grafen. Var och en av dem har en unik struktur. Penta-grafen kommer att tillhöra den kategorin, sa tidningens senior författare, Puru Jena, Ph.D., framstående professor vid institutionen för fysik i VCU:s College of Humanities and Sciences.

Forskarnas uppsats, "Penta-Graphene:A New Carbon Allotrope, " kommer att visas i journalen Proceedings of the National Academy of Sciences , och bygger på forskning som lanserades vid Peking University och VCU.

Qian Wang, Ph.D., en professor vid Peking University och en adjungerad professor vid VCU, åt på en restaurang i Peking med sin man när hon lade märke till konstverk på väggen som föreställde femkantiga plattor från Kairos gator.

"Jag sa till min man, "Komma, ser! Detta är ett mönster som endast består av femhörningar, '" sa hon. "Jag tog en bild och skickade den till en av mina elever, och sa, 'Jag tror att vi kan göra det här. Det kan vara stabilt. Men du måste kontrollera det noga.' Han gjorde, och det visade sig att den här strukturen är så vacker men samtidigt väldigt enkel."

De flesta former av kol är gjorda av hexagonala byggstenar, ibland varvat med femhörningar. Penta-grafen skulle vara en unik tvådimensionell kolallotrop som uteslutande består av femhörningar.

Tillsammans med Jena och Wang, tidningens författare inkluderar Shunhong Zhang, Doktorand, från Peking University; Jian Zhou, Ph.D., en postdoktor vid VCU; Xiaoshuang Chen, Ph.D., från den kinesiska vetenskapsakademin i Shanghai; och Yoshiyuki Kawazoe, Ph.D., från Tohoku University i Sendai, Japan.

Forskarna simulerade syntesen av penta-grafen med hjälp av datormodellering. Resultaten tyder på att materialet kan överträffa grafen i vissa tillämpningar, eftersom det skulle vara mekaniskt stabilt, har mycket hög styrka, och kunna motstå temperaturer på upp till 1, 000 grader Kelvin.

"Du vet ordspråket, diamanter är för evigt? Det beror på att det tar mycket energi att omvandla diamant tillbaka till grafit, " sa Jena. "Det här kommer att bli liknande."

Penta-grafen har flera intressanta och ovanliga egenskaper, sa Jena. Till exempel, penta-grafen är en halvledare, medan grafen är en ledare av elektricitet.

"När du tar grafen och rullar ihop det, du gör vad som kallas ett kolnanorör som kan vara metalliskt eller halvledande, " sa Jena. "Penta-grafen, när du rullar ihop den, kommer också att göra ett nanorör, men det är alltid halvledande."

Sättet som materialet sträcker sig på är också mycket ovanligt, sa forskarna.

"Om du sträcker grafen, den kommer att expandera i den riktning den sträcks ut, men dra ihop sig längs den vinkelräta riktningen." Wang sa. "Men, om du sträcker penta-grafen, det kommer att expandera i båda riktningarna."

Materialets mekaniska styrka, härledd från en sällsynt egenskap känd som Negative Poisson's Ratio, kan ha särskilt intressanta tillämpningar för teknik, sa forskarna.

Penta-grafens egenskaper tyder på att det kan ha tillämpningar inom elektronik, biomedicin, nanoteknik med mera.

Nästa steg, Jena sa, är för forskare att syntetisera penta-grafen.

"När du väl har klarat det, det [blir] mycket stabilt. Så frågan blir, hur gör du det? I det här pappret, vi har några idéer. Just nu, projektet är teoretiskt. Den är baserad på datormodellering, men vi tror ganska starkt på denna förutsägelse. Och när du väl klarat det, det kommer att öppna upp en helt ny gren av kolvetenskap. Tvådimensionellt kol gjort helt av femhörningar har aldrig varit känt."