为什么石墨烯导电性强（科学家发现新物质）

石墨烯为具有良好的导电性质，常被拿来作为导电涂料，用于电池电极、光学感测器、光电材料等应用， 2018 年时车商 Ford 也宣布透过石墨烯材料用在汽车零组件中，由于其轻量化、高硬度的特性，能够有效为车子提供降噪功能，被视为是未来汽车生产的潜力材料之一。

而德国拜罗伊特大学研究团队近日于《物理评论快报》上发表了一项研究，他们发现了一种名为「黑氮」的新物质，不过黑氮并非全新元素，而是氮（N）的同位素异形体，这个透过极度高温、高压下产生的二维原子层的晶状结构物质，结构与石墨烯相似，也同样具有良好的导电性质，或许在未来也有可能被应用于高科技电子产品上，作为导电零件的材料之一。

在标准的元素週期表排列中，元素会照着原子量数的递增来排列，同一横列即为一个週期，同一纵列称为一个族，而同族元素往往会有相似的性质。而且在高压之下，部分的非金属元素，通常会有不同的结构性质的同位素异形体，例如碳金刚石、石墨都是 C 、而氧、臭氧都是 O ，不过长久以来科学家们不曾找出氮（N）的同位素异形体。

氮元素一直以来都被认为是週期表中不合群的一个元素，也不同于跟氮同一族（第 15 族）中的其他元素有相似性质，以与氮上下相邻的磷（P）为例，磷在高压之下也会产生会有白磷、红磷、黑磷等同位素异形体，不过氮气却只有 N2 一种稳定结构，直到这次德国拜罗伊特大学的研究，才证实了氮气其实也有同位素异形体存在。

德国拜罗伊特大学找出氮的同位素异形体「黑氮」。图片来源：拜罗伊特大学

为了制造出黑氮，科学家将氮元素放在极端的条件下才能产生，透过 140 万大气压力、 4000 度 C 的高温，并透过专业的仪器才能达到生产的条件，来催化出黑氮的存在。

主导这项研究的拜罗伊特大学教授 Dominique Laniel 表示，黑氮具有与在元素表上同族的黑磷相似的化学结构，证明了黑氮的发现并非是新元素的产生，而是同样遵循着元素週期表的黄金法则。

研究发现，氮在极度高温、高压下产生的黑氮中，会产生一种特殊的锯齿状二维晶状结构，这个结构类似于石墨烯，也被认为具有良好的导电性，在未来有机会在高科技电子产品中具有应用价值。

不过黑氮的发现仅是初步的研究证明，而且型态也不稳定，要产生黑氮需要有专业的实验室来产生极度高温、高压的环境，在正常条件下即会溶解。 Laniel 认为，目前的阶段要达到工业应用仍有挑战，不过这次的研究至少证明了氮元素在材料研究中有前所未有的大进展。