Karbin - tek boyutlu karbon

Nature Materials dergisinin Ekim 2016'da bildirdiği gibi, Viyana Üniversitesi Fizik Fakültesi'nden bilim adamları, kararlı bir karabina yapmanın bir yolunu bulmayı başardılar, yani. Grafenden bile daha güçlü olduğu düşünülen tek boyutlu karbon (iki boyutlu karbon).

Hala büyük bir umut ve maddi devrimin habercisi olarak kabul edilen grafen, teknolojide gerçeğe dönüşmeden önce bile karbon bazlı kuzeni tarafından tahttan indirilmiş olabilir. karabina. Hesaplamalar, carbyne'nin gerilme mukavemetinin grafenden iki kat daha yüksek olduğunu, gerilme sertliğinin ise elmastan üç kat daha yüksek kaldığını gösterdi. Carbyne (teorik olarak) oda sıcaklığında kararlıdır ve iplikleri birlikte depolandığında öngörülebilir bir şekilde kesişirler.

Bu, atomların alternatif tekli ve üçlü bağlar veya birikmiş çift bağlarla uzun zincirler oluşturduğu polialkin (C≡C)n yapısına sahip allotropik bir karbon şeklidir. Böyle bir sisteme tek boyutlu (1D) yapı denir çünkü tek atom kalınlığındaki filamente başka hiçbir şey bağlı değildir. Grafenin yapısı, uzun ve geniş olduğu için iki boyutlu kalır, ancak tabaka yalnızca bir atom kalınlığındadır. Şimdiye kadar yapılan araştırmalar, karabinanın en güçlü formunun birbiriyle iç içe iki iplik olacağını gösteriyor (1).

Yakın zamana kadar karabina hakkında çok az şey biliniyordu. Gökbilimciler, ilk olarak göktaşlarında ve yıldızlararası tozda tespit edildiğini söylüyorlar.

Mingji Liu ve Rice Üniversitesi'nden bir ekip, karabinanın deneysel araştırmalara yardımcı olabilecek teorik özelliklerini hesapladı. Araştırmacılar, çekme mukavemeti, eğilme mukavemeti ve burulma deformasyonu için testleri dikkate alarak bir analiz sundular. Carbyne'nin özgül gücünün (yani güç-ağırlık oranı) grafene (6,0-7,5, 107×4,7 N∙m/kg) kıyasla eşi görülmemiş bir seviyede (5,5-107×4,3 N∙m/kg) olduğunu hesapladılar. karbon nanotüpler (5,0-107×2,5 N∙m/kg) ve elmas (6,5-107×10 N∙m/kg). Bir atom zincirinde tek bir bağı kırmak için yaklaşık 14 nN'lik bir kuvvet gerekir. Oda sıcaklığında zincir uzunluğu yaklaşık XNUMX nm'dir.

Toplayarak fonksiyonel grup CH2 karabina zincirinin ucu bir DNA zinciri gibi bükülebilir. Karabina zincirlerini çeşitli moleküllerle “süsleyerek” diğer özellikler değiştirilebilir. Hidrojen atomlarıyla bağlanan belirli kalsiyum atomlarının eklenmesi, yüksek yoğunluklu bir hidrojen depolama süngeri ile sonuçlanacaktır.

Yeni malzemenin ilginç bir özelliği, yan zincirlerle bağ oluşturma yeteneğidir. Bu bağları oluşturma ve kırma işlemi, enerjiyi depolamak ve serbest bırakmak için kullanılabilir. Böylece, bir karabina çok verimli bir enerji depolama malzemesi olarak hizmet edebilir, çünkü molekülleri bir atom çapındadır ve malzemenin gücü, kırılma riski olmadan tekrar tekrar bağ oluşturmanın ve koparmanın mümkün olacağı anlamına gelir. molekülün kendisi parçalanır.

Her şey, karabinayı germenin veya bükmenin elektriksel özelliklerini değiştirdiğini gösterir. Teorisyenler, molekülün uçlarına, carbyne'nin iletkenliğini veya bant aralığını hızlı ve kolay bir şekilde değiştirmenize olanak sağlayacak özel "tutamaklar" yerleştirmeyi bile önerdiler.

2. Bir grafen yapısı içinde bir karabina zinciri

Ne yazık ki, malzemeyi ucuza ve büyük miktarlarda üretemezsek, karabina'nın bilinen ve henüz keşfedilmemiş tüm özellikleri yalnızca güzel bir teori olarak kalacaktır. Bazı araştırma laboratuvarları bir karabina hazırlandığını bildirdi, ancak malzemenin oldukça dengesiz olduğu kanıtlandı. Bazı kimyacılar ayrıca bir karabinanın iki ipini birbirine bağlarsak, взрыв. Bu yılın Nisan ayında, grafen yapısının "duvarları" içinde iplik şeklinde kararlı bir karabina geliştirildiğine dair raporlar vardı (2).

Belki de başlangıçta bahsedilen Viyana Üniversitesi'nin metodolojisi bir atılımdır. Yakında öğrenmeliyiz.