Carbin - carbon một chiều
Như tạp chí Nature Materials đã đưa tin vào tháng 2016 năm XNUMX, các nhà khoa học từ Khoa Vật lý tại Đại học Vienna đã tìm ra cách tạo ra một loại carbine ổn định, tức là Carbon một chiều, được coi là thậm chí còn mạnh hơn graphene (carbon hai chiều).
Vẫn được coi là niềm hy vọng lớn và là điềm báo của cuộc cách mạng vật liệu, thậm chí trước khi nó trở thành hiện thực trong công nghệ, graphene có thể đã bị truất ngôi bởi người anh em họ dựa trên carbon của nó - Carbine. Các tính toán cho thấy độ bền kéo của carbyne cao gấp hai lần so với graphene, trong khi độ cứng kéo của nó vẫn cao hơn ba lần so với kim cương. Carbyne (về mặt lý thuyết) ổn định ở nhiệt độ phòng, và khi các sợi của nó được bảo quản cùng nhau, chúng sẽ giao nhau theo một cách có thể đoán trước được.
Đây là một dạng thù hình của cacbon có cấu trúc polyalkyne (C≡C) n, trong đó các nguyên tử tạo thành chuỗi dài với các liên kết đơn và ba xen kẽ hoặc liên kết đôi tích lũy. Một hệ thống như vậy được gọi là cấu trúc một chiều (1D) vì không có gì khác được gắn vào dây tóc dày một nguyên tử. Cấu trúc của graphene vẫn là hai chiều, vì nó dài và rộng, nhưng tấm này chỉ dày một nguyên tử. Nghiên cứu được thực hiện cho đến nay cho thấy rằng dạng carabiner mạnh nhất sẽ là hai sợi đan xen vào nhau (1).
Cho đến gần đây, ít người biết về carbine. Các nhà thiên văn cho biết nó được phát hiện lần đầu tiên trong các thiên thạch và bụi giữa các vì sao.
Mingji Liu và một nhóm tại Đại học Rice đã tính toán các đặc tính lý thuyết của carbine có thể giúp ích trong nghiên cứu thực nghiệm. Các nhà nghiên cứu đã trình bày một phân tích có tính đến các thử nghiệm về độ bền kéo, độ bền uốn và biến dạng xoắn. Họ tính toán rằng sức mạnh cụ thể của carbyne (tức là tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng) ở mức chưa từng có (6,0-7,5 × 107 N ∙ m / kg) so với graphene (4,7-5,5 × 107 N ∙ m / kg), ống nano carbon (4,3-5,0 × 107 N ∙ m / kg) và kim cương (2,5-6,5 × 107 N ∙ m / kg). Để phá vỡ một liên kết đơn trong chuỗi nguyên tử cần một lực khoảng 10 nN. Chiều dài chuỗi ở nhiệt độ phòng khoảng 14 nm.
Bằng cách thêm nhóm chức CH2 phần cuối của chuỗi cacbine có thể được xoắn lại như một sợi DNA. Bằng cách “trang trí” các chuỗi carabiner bằng các phân tử khác nhau, các đặc tính khác có thể được thay đổi. Việc bổ sung một số nguyên tử canxi nhất định liên kết với nguyên tử hydro sẽ tạo ra một miếng bọt biển lưu trữ hydro mật độ cao.
Một đặc tính thú vị của vật liệu mới là khả năng hình thành liên kết với các chuỗi bên. Quá trình hình thành và phá vỡ các liên kết này có thể được sử dụng để lưu trữ và giải phóng năng lượng. Do đó, carabiner có thể dùng như một vật liệu lưu trữ năng lượng rất hiệu quả, vì các phân tử của nó có đường kính bằng một nguyên tử, và độ bền của vật liệu có nghĩa là nó có thể liên tục hình thành và phá vỡ các liên kết mà không có nguy cơ bị đứt. phân tử tự phân hủy.
Mọi thứ chỉ ra rằng việc kéo căng hoặc xoắn carabiner làm thay đổi các đặc tính điện của nó. Các nhà lý thuyết thậm chí còn đề xuất đặt các “tay cầm” đặc biệt ở các đầu của phân tử, điều này sẽ cho phép bạn thay đổi độ dẫn điện hoặc độ rộng vùng cấm của carbyne một cách nhanh chóng và dễ dàng.
2. Một chuỗi carabiners bên trong cấu trúc graphene
Thật không may, tất cả các đặc tính đã biết và chưa được khám phá của cacbine sẽ chỉ là một lý thuyết đẹp nếu chúng ta không thể sản xuất vật liệu này với giá rẻ và số lượng lớn. Một số phòng nghiên cứu đã thông báo về việc điều chế carbine, nhưng vật liệu này đã được chứng minh là rất không ổn định. Một số nhà hóa học cũng tin rằng nếu chúng ta kết nối hai sợi carabiner, sẽ có взрыв. Vào tháng 2 năm nay, đã có báo cáo về sự phát triển của một carabiner ổn định ở dạng sợi chỉ bên trong các "bức tường" của cấu trúc graphene (XNUMX).
Có lẽ phương pháp luận của Đại học Vienna được đề cập ở phần đầu là một bước đột phá. Chúng ta nên tìm hiểu sớm.
