Карбін – одномірний вуглець
Як повідомляв у жовтні 2016 року журнал «Nature Materials», вченим із фізичного факультету Віденського університету вдалося знайти спосіб виготовлення стабільного карабіну, тобто. Одномірний вуглець, який, як вважається, має навіть більші можливості, ніж графен (двовимірний вуглець).
Графен, який все ще вважається великою надією і провісником матеріальної революції, ще до того, як він став реальністю в технології, вже може бути скинутий з престолу своїм вуглецевим двоюрідним братом. Карабін. Розрахунки показали, що міцність карбину на розтяг вдвічі вища, ніж у графена, яке жорсткість на розтяг залишається втричі вище, ніж в алмазу. Карбін (теоретично) стабільний за кімнатної температури, і коли його нитки зберігаються разом, вони передбачувано перетинаються.
Йдеться про алотропну форму вуглецю зі структурою поліалкіну (C≡C)n, в якій атоми утворюють довгі ланцюжки з одинарними і потрійними зв'язками, що чергуються, або накопиченими подвійними зв'язками. Така система називається одновимірною (1D) структурою, тому що до нитки завтовшки в один атом більше нічого не прикріплено. Структура графена залишається двовимірною, тому що він довгий і широкий, але лист має товщину лише в один атом. Дослідження, проведені досі, припускають, що найміцніша форма карабіна складатиметься з двох переплетених один з одним ниток (1).
Донедавна про карабін було мало що відомо. Астрономи кажуть, що вперше він був виявлений у метеоритах та міжзоряному пилу.
Мінджі Лю та команда з Університету Райса розрахували теоретичні властивості карабіна, які можуть допомогти в емпіричних дослідженнях. Дослідники представили аналіз з урахуванням випробувань на міцність на розтяг, міцність на вигин та деформацію під час кручення. Вони підрахували, що питома міцність карбину (тобто міцність по відношенню до ваги) знаходиться на безпрецедентному рівні (6,0-7,5×107 Н∙м/кг) – порівняно з графеном (4,7-5,5, 107×4,3 Н∙м/кг), вуглецеві нанотрубки (5,0-107×2,5 Н∙м/кг) та алмазні (6,5-107×10 Н∙м/кг). Розрив одинарного зв'язку в ланцюжку атомів потребує застосування сили близько 14 нН. Довжина ланцюга за кімнатної температури становить близько XNUMX нм.
Додаванням функціональна група CH2 кінець карбінового ланцюга може бути закручений подібно до нитки ДНК. «Прикрашаючи» карабінові ланцюги різними молекулами, можна змінити інші властивості. Додавання певних атомів кальцію, що зв'язуються з атомами водню, призведе до утворення губки високої густини для зберігання водню.
Цікавою властивістю нового матеріалу є здатність утворювати зв'язки з бічними ланцюгами. Процес формування та розриву цих зв'язків можна використовувати для накопичення та вивільнення енергії. Таким чином, карабін може бути дуже ефективним матеріалом для зберігання енергії, тому що його молекули мають діаметр одного атома, а міцність матеріалу передбачає, що можна буде багаторазово утворювати та розривати зв'язки без ризику руйнування. сама молекула розпадається.
Все свідчить про те, що розтягування чи скручування карабіна змінює його електричні властивості. Теоретики навіть пропонували розміщувати на кінцях молекули спеціальні «ручки», які б швидко і легко змінювати провідність чи ширину забороненої зони карбину.
2. Ланцюжок карабінів усередині графенової структури
На жаль, всі відомі і поки що не відкриті властивості карабіна залишаться лише гарною теорією, якщо ми не зможемо виробляти матеріал дешево та масово. Деякі дослідні лабораторії повідомили про приготування карабіна, але матеріал виявився вкрай нестабільним. Деякі хіміки також вважають, що якщо ми поєднаємо дві нитки карабіна, станеться вибух. У квітні цього року з'явилися повідомлення про створення стабільного карабіна у вигляді ниток усередині «стінок» графенової конструкції (2).
Можливо, згадана на початку методика Віденського університету є проривом. Ми маємо скоро дізнатися.
