超洁净碳膜技术新突破|新国大苏研院吕炯团队发表最新科研成果

近日，新加坡国立大学苏州研究院（以下简称“新国大苏研院”）能源与环境纳米科技创新平台高级研究员吕炯及其团队成员在国际学术期刊《Nature Nanotechnology》发表了最新研究成果。研究团队成功开发出一种新型无序对无序生长(disorder-to-disorder synthesis)策略，实现了超洁净单层无定形碳(ultraclean monolayer amorphous carbon, UC-MAC)的工业制程兼容制备。该材料不仅有望革新癌症的质子治疗方式，还能推动能源器件与柔性电子等前沿技术领域的发展。

研究背景

与具有规则六边形蜂窝结构的石墨烯不同，UC-MAC由五、六、七、八元碳环无序排列而成，是一种新型超薄二维碳材料。这种原子级别的无序结构可以在材料内部形成埃(1埃=0.1纳米)尺度的孔隙，通过精确调控这些微小孔隙，能够实现亚原子粒子的过滤和分离，满足催化、能源、医疗等领域应用的核心需求。然而，现有的材料制备方法难以实现规模化合成，还容易引入金属杂质，阻碍了其进一步研究和产业化应用。

研究结果

高级研究员吕炯带领团队与香港城市大学曾晓成教授团队、北京大学赵晓续研究员团队合作，提出了一种无序对无序生长策略。研究团队结合纳米晶基底工程与电感耦合等离子体化学气相沉积技术，仅用数秒即可制备8英寸UC-MAC薄膜，其中，材料中未检测出金属污染。实验结果表明，UC-MAC薄膜可将高通量氢分子离子 (H₂⁺) 裂解为高精度质子束，与石墨烯相比，其有害碎片-质子散射事件减少约50%；与商用碳膜相比，则减少约40倍。

应用前景

这项研究为质子治疗提供了有效的解决方案，通过将高精度质子束靶向肿瘤病灶，避免损伤周围健康组织，进一步提升治疗的安全性和效果。此外，超净单层非晶碳材料凭借其超洁净、超薄和多孔结构，在燃料电池、催化反应、柔性电子器件等多个领域具有巨大潜力。