Carbin - enodimenzionalni karbon

Kot je oktobra 2016 poročala revija Nature Materials, je znanstvenikom s Fakultete za fiziko Univerze na Dunaju uspelo najti način za izdelavo stabilnega karabina, tj. Enodimenzionalni ogljik, ki velja za celo močnejšega od grafena (dvodimenzionalni ogljik).

Še vedno velja za veliko upanje in znanilec materialne revolucije, še preden je postal resničnost v tehnologiji, je grafen morda že zrinil s prestola njegov bratranec, ki temelji na ogljiku - Karbin. Izračuni so pokazali, da je natezna trdnost karbina dvakrat večja od natezne trdnosti grafena, medtem ko njegova natezna togost ostaja trikrat višja od natezne trdnosti diamanta. Carbyne je (teoretično) stabilen pri sobni temperaturi in ko so njegovi prameni shranjeni skupaj, se križajo na predvidljiv način.

To je alotropna oblika ogljika s polialkinsko (C≡C)n strukturo, v kateri atomi tvorijo dolge verige z izmenično enojnimi in trojnimi vezmi ali nakopičenimi dvojnimi vezmi. Takšen sistem se imenuje enodimenzionalna (1D) struktura, ker nič drugega ni pritrjeno na filament, debel en atom. Struktura grafena ostaja dvodimenzionalna, saj je dolga in široka, vendar je list debel le en atom. Dosedanje raziskave kažejo, da bi bila najmočnejša oblika vponke dve med seboj prepleteni niti (1).

Do nedavnega se je o karabinu vedelo malo. Astronomi pravijo, da so ga prvič odkrili v meteoritih in medzvezdnem prahu.

Mingji Liu in ekipa na univerzi Rice sta izračunala teoretične lastnosti karabina, ki lahko pomagajo pri empiričnih raziskavah. Raziskovalci so predstavili analizo, ki je upoštevala preizkuse natezne trdnosti, upogibne trdnosti in torzijske deformacije. Izračunali so, da je specifična trdnost karbina (tj. razmerje med trdnostjo in maso) na ravni brez primere (6,0-7,5×107 N∙m/kg) v primerjavi z grafenom (4,7-5,5×107 N∙m/kg), ogljikove nanocevke (4,3-5,0×107 N∙m/kg) in diamant (2,5-6,5×107 N∙m/kg). Za prekinitev ene same vezi v verigi atomov je potrebna sila približno 10 nN. Dolžina verige pri sobni temperaturi je približno 14 nm.

Z dodajanjem funkcionalna skupina CH2 konec verige karabina je mogoče zasukati kot verigo DNK. Z "okraševanjem" verig vponk z različnimi molekulami lahko spremenimo druge lastnosti. Dodajanje nekaterih atomov kalcija, ki se vežejo z atomi vodika, bo povzročilo gobo za shranjevanje vodika z visoko gostoto.

Zanimiva lastnost novega materiala je sposobnost tvorjenja vezi s stranskimi verigami. Postopek oblikovanja in prekinitve teh vezi se lahko uporablja za shranjevanje in sproščanje energije. Tako lahko vponka služi kot zelo učinkovit material za shranjevanje energije, saj so njegove molekule v premeru en atom, trdnost materiala pa pomeni, da bo mogoče večkrat oblikovati in prekiniti vezi brez nevarnosti pretrganja. sama molekula se razgradi.

Vse kaže, da raztegovanje ali zvijanje vponke spremeni njegove električne lastnosti. Teoretiki so celo predlagali namestitev posebnih "ročajev" na konce molekule, ki bi vam omogočili hitro in enostavno spreminjanje prevodnosti ali pasovne vrzeli karbina.

2. Veriga vponk znotraj strukture grafena

Žal bodo vse znane in še ne odkrite lastnosti karabina ostale le lepa teorija, če materiala ne bomo mogli proizvajati poceni in v velikih količinah. Nekateri raziskovalni laboratoriji so poročali o pripravi karabina, vendar se je material izkazal za zelo nestabilnega. Nekateri kemiki tudi verjamejo, da če povežemo dve verigi vponke, bo eksplozija. Aprila letos so se pojavila poročila o razvoju stabilne vponke v obliki niti znotraj »sten« grafenske strukture (2).

Morda je na začetku omenjena metodologija dunajske univerze preboj. Kmalu bi morali izvedeti.