Карбин – одномерный углерод
Как сообщал в октябре 2016 года журнал «Nature Materials», ученым с физического факультета Венского университета удалось найти способ изготовления стабильного карабина, т.е. Одномерный углерод, который, как считается, обладает даже большими возможностями, чем графен (двумерный углерод).
Графен, все еще считающийся великой надеждой и предвестником материальной революции, еще до того, как он стал реальностью в технологии, уже может быть свергнут с престола своим углеродным двоюродным братом — Карбин. Расчеты показали, что прочность карбина на растяжение в два раза выше, чем у графена, а его жесткость на растяжение остается в три раза выше, чем у алмаза. Карбин (теоретически) стабилен при комнатной температуре, и когда его нити хранятся вместе, они предсказуемо пересекаются.
Речь идет об аллотропной форме углерода со структурой полиалкина (C≡C)n, в которой атомы образуют длинные цепочки с чередующимися одинарными и тройными связями или накопленными двойными связями. Такая система называется одномерной (1D) структурой, потому что к нити толщиной в один атом больше ничего не прикреплено. Структура графена остается двумерной, так как он длинный и широкий, но лист имеет толщину всего в один атом. Исследования, проведенные до сих пор, предполагают, что самая прочная форма карабина будет состоять из двух переплетенных друг с другом нитей (1).
До недавнего времени о карабине было мало что известно. Астрономы говорят, что впервые он был обнаружен в метеоритах и межзвездной пыли.
Минджи Лю и команда из Университета Райса рассчитали теоретические свойства карабина, которые могут помочь в эмпирических исследованиях. Исследователи представили анализ с учетом испытаний на прочность на растяжение, прочность на изгиб и деформацию при кручении. Они подсчитали, что удельная прочность карбина (т.е. прочность по отношению к весу) находится на беспрецедентном уровне (6,0-7,5×107 Н∙м/кг) — по сравнению с графеном (4,7-5,5×107 Н∙м/кг), углеродные нанотрубки (4,3-5,0×107 Н∙м/кг) и алмазные (2,5-6,5×107 Н∙м/кг). Разрыв одинарной связи в цепочке атомов требует применения силы около 10 нН. Длина цепи при комнатной температуре составляет около 14 нм.
Добавлением функциональная группа CH2 конец карбиновой цепи может быть закручен подобно нити ДНК. «Украшая» карабиновые цепи различными молекулами, можно изменить и другие свойства. Добавление определенных атомов кальция, которые связываются с атомами водорода, приведет к образованию губки высокой плотности для хранения водорода.
Интересным свойством нового материала является способность образовывать связи с боковыми цепями. Процесс формирования и разрыва этих связей можно использовать для накопления и высвобождения энергии. Таким образом, карабин может служить очень эффективным материалом для хранения энергии, так как его молекулы имеют диаметр одного атома, а прочность материала предполагает, что можно будет многократно образовывать и разрывать связи без риска разрушения. сама молекула распадается.
Все указывает на то, что растяжение или скручивание карабина меняет его электрические свойства. Теоретики даже предлагали размещать на концах молекулы специальные «ручки», которые позволяли бы быстро и легко изменять проводимость или ширину запрещенной зоны карбина.
2. Цепочка карабинов внутри графеновой структуры
К сожалению, все известные и пока не открытые свойства карабина останутся только красивой теорией, если мы не сможем производить материал дешево и массово. Некоторые исследовательские лаборатории сообщили о приготовлении карабина, но материал оказался крайне нестабильным. Некоторые химики также считают, что если мы соединим две нити карабина, произойдет взрыв. В апреле этого года появились сообщения о разработке стабильного карабина в виде нитей внутри «стенок» графеновой конструкции (2).
Возможно, упомянутая в начале методика Венского университета является прорывом. Мы должны скоро узнать.
