211service.com
Jaunā oglekļa forma ir spēcīgāka par grafēnu un dimantu
Sestais elements, ogleklis, ir devis mums pārsteidzošu neparastu materiālu pārpilnību. Kādreiz bija vienkārši ogleklis, grafīts un dimants. Taču pēdējos gados ķīmiķi ir pievienojuši bumbiņas, nanocaurules un dažādas eksotiskas formas, kas izveidotas no grafēna, kas ir vistas stieples molekulārais ekvivalents.
Tāpēc ir grūti noticēt, ka ogleklim ir vēl kādi pārsteigumi. Un tomēr šodien Mingjie Liu un draugi no Rīsas universitātes Hjūstonā aprēķina cita veida oglekļa īpašības, kas ir stiprāka, stingrāka un eksotiskāka nekā jebkas, ko ķīmiķi ir redzējuši iepriekš.
Jauno materiālu sauc par karbīnu. Tā ir oglekļa atomu ķēde, kas ir saistīta vai nu ar alternatīvām trīskāršām un vienkāršām saitēm, vai ar secīgām dubultsaitēm.
Carbyne ir kaut kas tāds kā noslēpums. Astronomi uzskata, ka ir atklājuši tā zīmi starpzvaigžņu telpā, bet ķīmiķi jau vairākus gadu desmitus ir strīdējušies par to, vai viņi kādreiz ir radījuši šo materiālu uz Zemes. Tomēr pirms pāris gadiem viņi sintezēja karbīna ķēdes līdz 44 atomiem garas šķīdumā.
Līdz šim domāja, ka karbīnam jābūt ārkārtīgi nestabilam. Faktiski daži ķīmiķi ir aprēķinājuši, ka divi karbīna pavedieni, kas saskaras, reaģētu sprādzienbīstami.
Tomēr nanotehnologi ir aizrāvušies ar šī materiāla potenciālu, jo tam vajadzētu būt gan stipram, gan stingram un līdz ar to arī noderīgam. Bet cik tieši stiprs un stīvs, neviens nav bijis īsti pārliecināts.
Šeit iesaistās Liu un kolēģi. Šie puiši pēc pirmajiem principiem ir aprēķinājuši karbīna masas īpašības, un rezultāti rada interesantu lasāmvielu.
Sākumā viņi saka, ka karbīns ir apmēram divas reizes stingrāks par stingrākajiem mūsdienās zināmajiem materiāliem. Piemēram, oglekļa nanocaurulēm un grafēnam ir stingums 4,5 x 10^8 N.m/kg, bet karbīns tos pārsniedz aptuveni 10^9 N.m/kg.
Tikpat iespaidīgs ir jaunā materiāla spēks. Liu un kolēģi aprēķina, ka ir nepieciešami aptuveni 10 nanoņūtoni, lai salauztu vienu karbīna pavedienu. Šis spēks izpaužas kā īpatnējais stiprums 6,0–7,5 × 10^7 N∙m/kg, atkal ievērojami pārspējot visus zināmos materiālus, tostarp grafēnu (4,7–5,5 × 10^7 N∙m/kg), oglekļa nanocaurules (4,3–5,0). ×10^7 N∙m/kg) un dimantu (2,5–6,5 × 107 N∙m/kg4), viņi saka.
Carbyne ir arī citas interesantas īpašības. Tā elastība ir kaut kur starp tipiska polimēra elastību un divpavedienu DNS. Un, kad tas ir savīti, tas var brīvi griezties vai kļūt griezes stīvs atkarībā no ķīmiskās grupas, kas pievienota tā galam.
Iespējams, visinteresantākais ir Rīsu komandas aprēķins par karbīna stabilitāti. Viņi piekrīt, ka divas saskarē esošās ķēdes var reaģēt, taču pastāv aktivizācijas barjera, kas neļauj tam notikt. Viņi secina, ka šī barjera liecina par karbīna dzīvotspēju kondensētā fāzē istabas temperatūrā dienas kārtībā.
Tam visam vajadzētu rosināt apetīti nanotehnologiem, kuri cer izveidot arvien eksotiskākas nanomašīnas, piemēram, nanoelektroniskās un spintroniskās ierīces. Ņemot vērā progresu, kas tiek panākts šo materiālu ražošanā, iespējams, nebūs ilgi jāgaida, līdz kāds sāks izmantot karbīna ķēžu neparastās mehāniskās īpašības.
Atsauce: arxiv.org/abs/1308.2258 : Karbīns no pirmajiem principiem: C atomu ķēde, nanorods vai nanorops?