Carbin - eendimensionele koolstof
Soos die joernaal Nature Materials in Oktober 2016 berig het, het wetenskaplikes van die Fakulteit Fisika aan die Universiteit van Wene daarin geslaag om 'n manier te vind om 'n stabiele karabyn te maak, m.a.w. Eendimensionele koolstof, wat as selfs kragtiger as grafeen (tweedimensionele koolstof) beskou word.
Grafeen word steeds beskou as 'n groot hoop en voorbode van die materiële rewolusie, selfs voordat dit 'n werklikheid in tegnologie geword het, kan grafeen reeds onttroon word deur sy koolstof-gebaseerde neef - karabyn. Berekeninge het getoon dat die treksterkte van karbyen twee keer hoër is as dié van grafeen, terwyl sy trekstyfheid drie keer hoër as dié van diamant bly. Carbyne is (teoreties) stabiel by kamertemperatuur, en wanneer sy stringe saam gestoor word, sny hulle mekaar op 'n voorspelbare manier.
Dit is 'n allotropiese vorm van koolstof met 'n polialkyn (C≡C)n-struktuur, waarin atome lang kettings vorm met afwisselende enkel- en drievoudige bindings of opgehoopte dubbelbindings. So 'n stelsel word 'n eendimensionele (1D) struktuur genoem omdat niks anders aan die een-atoom-dik filament geheg is nie. Die struktuur van grafeen bly tweedimensioneel, aangesien dit lank en wyd is, maar die vel is net een atoom dik. Die navorsing wat tot dusver gedoen is, dui daarop dat die sterkste vorm van karabiner sal bestaan uit twee drade wat met mekaar verweef is (1).
Tot onlangs was min oor die karabyn bekend. Sterrekundiges sê dit is die eerste keer in meteoriete en interstellêre stof opgespoor.
Mingji Liu en 'n span by Rice Universiteit het die teoretiese eienskappe van die karabyn bereken, wat kan help met empiriese navorsing. Die navorsers het 'n ontleding aangebied wat toetse vir treksterkte, buigsterkte en torsievervorming in ag geneem het. Hulle het bereken dat die spesifieke sterkte van karbyen (d.w.s. sterkte tot gewig verhouding) op 'n ongekende vlak is (6,0-7,5×107 N∙m/kg) in vergelyking met grafeen (4,7-5,5. 107×4,3 N∙m/kg), koolstofnanobuise (5,0-107×2,5 N∙m/kg) en diamant (6,5-107×10 N∙m/kg). Om 'n enkelbinding in 'n ketting van atome te breek, vereis 'n krag van ongeveer 14 nN. Die kettinglengte by kamertemperatuur is ongeveer XNUMX nm.
Deur by te voeg funksionele groep CH2 die einde van die karabynketting kan soos 'n DNS-string gedraai word. Deur karabinerkettings met verskeie molekules te “versier”, kan ander eienskappe verander word. Die byvoeging van sekere kalsiumatome wat met waterstofatome bind, sal lei tot 'n hoëdigtheid waterstofbergingsspons.
'n Interessante eienskap van die nuwe materiaal is die vermoë om bindings met sykettings te vorm. Die proses om hierdie bindings te vorm en te breek kan gebruik word om energie te stoor en vry te stel. Dus kan 'n karabiner as 'n baie doeltreffende energiebergingsmateriaal dien, aangesien sy molekules een atoom in deursnee is, en die sterkte van die materiaal beteken dat dit moontlik sal wees om herhaaldelik bindings te vorm en te breek sonder die risiko om te breek. die molekule self breek af.
Alles dui daarop dat om die karabiner te rek of te draai, sy elektriese eienskappe verander. Teoretici het selfs voorgestel om spesiale "handvatsels" aan die punte van die molekule te plaas, wat jou in staat sal stel om vinnig en maklik die geleidingsvermoë of bandgaping van karbyn te verander.
2. 'n Ketting karabiners binne 'n grafeenstruktuur
Ongelukkig sal al die bekende en nog nie ontdekte eienskappe van die karabyn net 'n pragtige teorie bly as ons nie die materiaal goedkoop en in groot hoeveelhede kan vervaardig nie. Sommige navorsingslaboratoriums het gerapporteer dat hulle 'n karabyn voorberei het, maar die materiaal het baie onstabiel bewys. Sommige chemici glo ook dat as ons twee stringe van 'n karabiner verbind, daar sal wees die ontploffing. In April vanjaar was daar berigte van die ontwikkeling van 'n stabiele karabiner in die vorm van drade binne die "mure" van die grafeenstruktuur (2).
Miskien is die metodologie van die Universiteit van Wene wat aan die begin genoem is, 'n deurbraak. Ons behoort gou uit te vind.
