Carbin - endimensionelt kulstof
Som tidsskriftet Nature Materials rapporterede i oktober 2016, er det lykkedes forskere fra Det Fysiske Fakultet ved Universitetet i Wien at finde en måde at lave en stabil karabin, dvs. Endimensionelt kulstof, som anses for at være endnu kraftigere end grafen (todimensionelt kulstof).
Stadig betragtet som et stort håb og varsel om den materielle revolution, selv før det blev en realitet inden for teknologi, kan grafen allerede være detroniseret af sin kulstofbaserede fætter - Carbine. Beregninger viste, at carbynes trækstyrke er to gange højere end grafen, mens dens trækstivhed forbliver tre gange højere end diamants. Carbyne er (teoretisk) stabilt ved stuetemperatur, og når dets tråde opbevares sammen, krydser de hinanden på en forudsigelig måde.
Dette er en allotrop form af kulstof med en polyalkyn (C≡C)n-struktur, hvor atomer danner lange kæder med skiftende enkelt- og tredobbeltbindinger eller akkumulerede dobbeltbindinger. Et sådant system kaldes en en-dimensionel (1D) struktur, fordi intet andet er knyttet til det et-atom-tykke filament. Strukturen af grafen forbliver todimensionel, da den er lang og bred, men arket er kun et atom tykt. Den hidtidige forskning tyder på, at den stærkeste form for karabinhage vil bestå af to tråde, der er flettet ind i hinanden (1).
Indtil for nylig var lidt kendt om karabinen. Astronomer siger, at det først blev opdaget i meteoritter og interstellart støv.
Mingji Liu og et team på Rice University har beregnet karabinens teoretiske egenskaber, hvilket kan hjælpe i empirisk forskning. Forskerne præsenterede en analyse, der tog hensyn til tests for trækstyrke, bøjningsstyrke og vridningsdeformation. De beregnede, at den specifikke styrke af carbyn (dvs. styrke til vægtforhold) er på et hidtil uset niveau (6,0-7,5×107 N∙m/kg) sammenlignet med grafen (4,7-5,5, 107×4,3 N∙m/kg), carbon nanorør (5,0-107×2,5 N∙m/kg) og diamant (6,5-107×10 N∙m/kg). At bryde en enkeltbinding i en kæde af atomer kræver en kraft på omkring 14 nN. Kædelængden ved stuetemperatur er ca. XNUMX nm.
Ved at tilføje funktionel gruppe CH2 enden af karabinkæden kan snoes som en DNA-streng. Ved at "dekorere" karabinkæder med forskellige molekyler kan andre egenskaber ændres. Tilføjelsen af visse calciumatomer, der binder med brintatomer, vil resultere i en brintopbevaringssvamp med høj densitet.
En interessant egenskab ved det nye materiale er evnen til at danne bindinger med sidekæder. Processen med at danne og bryde disse bindinger kan bruges til at lagre og frigive energi. En karabinhage kan således fungere som et meget effektivt energilagermateriale, da dens molekyler er et atom i diameter, og materialets styrke gør, at det vil være muligt gentagne gange at danne og bryde bindinger uden risiko for at gå i stykker. selve molekylet nedbrydes.
Alt tyder på, at strækning eller vridning af karabinhagen ændrer dens elektriske egenskaber. Teoretikere foreslog endda at placere specielle "håndtag" i enderne af molekylet, som ville give dig mulighed for hurtigt og nemt at ændre ledningsevnen eller båndgabet af carbyne.
2. En kæde af karabinhager inde i en grafenstruktur
Desværre vil alle karabinens kendte og endnu ikke opdagede egenskaber kun forblive en smuk teori, hvis vi ikke kan fremstille materialet billigt og i store mængder. Nogle forskningslaboratorier har rapporteret at forberede en karabin, men materialet har vist sig meget ustabilt. Nogle kemikere mener også, at hvis vi forbinder to tråde af en karabinhage, vil der være взрыв. I april i år var der rapporter om udviklingen af en stabil karabinhage i form af tråde inde i "væggene" af grafenstrukturen (2).
Måske er metoden fra universitetet i Wien, der blev nævnt i begyndelsen, et gennembrud. Det burde vi snart finde ud af.
