用于高性能机电执行器的三维碳阿基米德晶格

我们提出基于阿基米德晶格(ALs)的三维碳(3D-C)结构，其多边形边缘为$sp^2$键合，顶点为$sp^3$键合。通过第一性原理计算，在11种可能的ALs中，预测有四种3D-C ALs：(4, $8^2$)、(3, $12^2$)、($6^3$)和($4^4$) 3D-Cs在动力学和力学上均稳定。根据ALs的指数，3D-C ALs表现出独特的电子性质：(4, $8^2$) 3D-C为间接带隙半导体，(3, $12^2$) 3D-C为半金属，而($6^3$)和($4^4$) 3D-Cs为金属。考虑到由其电子能带变化引起的结构变形，我们讨论了3D-C ALs作为电荷掺杂函数的机电性质。我们发现(4, $8^2$)和(3, $12^2$) 3D-Cs分别随电荷掺杂发生半导体-金属和半金属-半导体转变。此外，(3, $12^2$) 3D-C在高电荷掺杂下表现出$sp^2$-$sp^3$相变，导致巨大的30%不可逆应变，而(4, $8^2$) 3D-C中的可逆应变高达9%，因此它们作为机电执行器极具前景。