Karbin - endimensionell kol
Som tidskriften Nature Materials rapporterade i oktober 2016 har forskare från Fysiska fakulteten vid universitetet i Wien lyckats hitta ett sätt att göra en stabil karbin, d.v.s. Endimensionellt kol, som anses vara ännu kraftfullare än grafen (tvådimensionellt kol).
Fortfarande betraktad som ett stort hopp och föregångare till den materiella revolutionen, redan innan det blev verklighet inom tekniken, kan grafen redan vara detroniserade av sin kolbaserade kusin - Karbin. Beräkningar visade att draghållfastheten för karbyn är två gånger högre än för grafen, medan dess dragstyvhet förblir tre gånger högre än för diamant. Karbyn är (teoretiskt) stabil vid rumstemperatur, och när dess strängar förvaras tillsammans skär de varandra på ett förutsägbart sätt.
Detta är en allotrop form av kol med en polyalkyn (C≡C)n-struktur, där atomer bildar långa kedjor med alternerande enkel- och trippelbindningar eller ackumulerade dubbelbindningar. Ett sådant system kallas en endimensionell (1D) struktur eftersom inget annat är fäst vid det enatomtjocka glödtråden. Strukturen av grafen förblir tvådimensionell, eftersom den är lång och bred, men arket är bara en atom tjockt. Den forskning som gjorts hittills tyder på att den starkaste formen av karbinhake kommer att bestå av två trådar sammanflätade med varandra (1).
Fram till nyligen var lite känt om karbinen. Astronomer säger att det först upptäcktes i meteoriter och interstellärt damm.
Mingji Liu och ett team vid Rice University har beräknat karbinens teoretiska egenskaper, vilket kan hjälpa till i empirisk forskning. Forskarna presenterade en analys som tog hänsyn till tester för draghållfasthet, böjhållfasthet och vridningsdeformation. De beräknade att den specifika styrkan hos karbyn (dvs. styrka till viktförhållande) är på en aldrig tidigare skådad nivå (6,0-7,5×107 N∙m/kg) jämfört med grafen (4,7-5,5, 107×4,3 N∙m/kg), kolnanorör (5,0-107×2,5 N∙m/kg) och diamant (6,5-107×10 N∙m/kg). Att bryta en enkelbindning i en kedja av atomer kräver en kraft på cirka 14 nN. Kedjelängden vid rumstemperatur är ca XNUMX nm.
Genom att lägga till funktionell grupp CH2 änden av karbinkedjan kan vridas som en DNA-sträng. Genom att "dekorera" karbinkedjor med olika molekyler kan andra egenskaper ändras. Tillsatsen av vissa kalciumatomer som binder till väteatomer kommer att resultera i en vätelagringssvamp med hög densitet.
En intressant egenskap hos det nya materialet är förmågan att bilda bindningar med sidokedjor. Processen att bilda och bryta dessa bindningar kan användas för att lagra och frigöra energi. Således kan en karbinhake fungera som ett mycket effektivt energilagringsmaterial, eftersom dess molekyler är en atom i diameter, och materialets styrka gör att det kommer att vara möjligt att upprepade gånger bilda och bryta bindningar utan risk att gå sönder. själva molekylen bryts ner.
Allt tyder på att sträckning eller vridning av karbinhaken förändrar dess elektriska egenskaper. Teoretiker föreslog till och med att man skulle placera speciella "handtag" i ändarna av molekylen, vilket skulle tillåta dig att snabbt och enkelt ändra ledningsförmågan eller bandgapet för karbyn.
2. En kedja av karbinhakar inuti en grafenstruktur
Tyvärr kommer alla kända och ännu inte upptäckta egenskaper hos karbinen bara att förbli en vacker teori om vi inte kan producera materialet billigt och i stora mängder. Vissa forskningslabb har rapporterat att man förbereder en karbin, men materialet har visat sig vara mycket instabilt. Vissa kemister tror också att om vi kopplar ihop två strängar av en karbinhake så kommer det att finnas explosionen. I april i år kom rapporter om utvecklingen av en stabil karbinhake i form av trådar innanför grafenstrukturens "väggar" (2).
Kanske är metodiken vid universitetet i Wien som nämndes i början ett genombrott. Vi borde få reda på det snart.
