近日，我校理学院刘伟老师以第一作者在国际计算材料领域顶级期刊《npj Computational Materials》上发表了题为《Buildingegg-tray shaped graphenes that have superior mechanical strength and band gap》（《构建具有优异力学强度和带隙的蛋盒状石墨烯》）（https://doi.org/10.1038/s41524-019-0211-2）的学术论文，该期刊2018年影响因子（IF）为9.200。

石墨烯是目前学术界和工业界最有前途的材料之一。

该项研究提供了一种有效改善石墨烯力学和电子性能的新方法，让我们能够依此设计更多有着优良或独特性能的新型石墨烯基材料。

尽管石墨烯表现出许多优异的性能，但有两个关键问题限制了它的应用。作为单原子层材料，石墨烯很容易折叠或形成褶皱。另外它缺乏带隙，很难成为大规模集成电路的基底材料。那么能否通过改变或调制石墨烯的几何形态来改变它的性能，从而达到同时克服上述两种困难的目的呢？石墨烯之所以容易折叠和形成皱褶是由于它只由一个原子层组成，正如一张纸容易打皱变形一样。可是当把一个纸板压制成有着高低起伏波纹状结构形如超市中用来盛装鸡蛋的纸板盒的时候，其力学强度和性能就会瞬间得到大幅度的提升。那么关键的问题是能否在石墨烯的六角蜂窝状原子晶格上构建出鸡蛋盒样的几何形态。

石墨烯中的五元环和七元环缺陷能够使石墨烯片层产生不同的拓扑形变，包括极大、极小值点和鞍点。如果把这些缺陷有规律地排布，就能让石墨烯形成类似鸡蛋盒的几何形变。通过改变缺陷的密度和排布方式，各种不同形态的蛋盒石墨烯都可以被构造出来。利用第一性原理计算方法，该工作研究了一系列蛋盒石墨烯的稳定性，以及力学性质和电子结构。这些新型石墨烯同素异形体独特的几何形态使得该类材料具有更高的力学强度和各异的电子性能。对应于不同的几何形态，蛋盒石墨烯可以是半金属，也可以是具有直接或间接带隙的半导体。还有一些蛋盒石墨烯的能带结构中具有狄拉克锥结构。值得注意的是，除了提高力学强度外，一些蛋盒石墨烯还显示出负的泊松比，即当蛋盒石墨烯在沿原子层平面内某一方向受压的时候，它在该方向上以及原子层平面内该方向的垂直方向上都会发生收缩。

刘伟，理学院特设副教授，主要致力于新型低维材料理论设计、性质调控等计算材料科学、固体化学领域的基础研究工作。研究工作成果已发表在《npj Computational Materials》，《Journal ofPhysical Chemistry Letters》，《Nanoscale》，《Journal of Materials Chemistry A》，《Journalof Power Sources》，《Journal of Materials Chemistry C》等国际权威期刊杂志上。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41524-019-0211-2