Carbin - carbon un dimensiwn

Fel yr adroddodd y cyfnodolyn Nature Materials ym mis Hydref 2016, mae gwyddonwyr o'r Gyfadran Ffiseg ym Mhrifysgol Fienna wedi llwyddo i ddod o hyd i ffordd o wneud carbin sefydlog, h.y. Carbon un-dimensiwn, a ystyrir i fod hyd yn oed yn fwy pwerus na graphene (carbon dau ddimensiwn).

Yn dal i gael ei ystyried yn obaith mawr ac yn sylfaenydd ar gyfer y chwyldro materol, hyd yn oed cyn iddo ddod yn realiti mewn technoleg, mae'n bosibl bod graphene eisoes wedi'i ddadthrosio gan ei gefnder carbon - Carbin. Dangosodd cyfrifiadau fod cryfder tynnol carbyne ddwywaith yn uwch na chryfder graphene, tra bod ei anhyblygedd tynnol yn parhau i fod deirgwaith yn uwch na diemwnt. Mae Carbyne (yn ddamcaniaethol) yn sefydlog ar dymheredd ystafell, a phan fydd ei llinynnau'n cael eu storio gyda'i gilydd, maent yn croestorri mewn ffordd ragweladwy.

Mae hwn yn ffurf allotropig o garbon gyda strwythur polyalkyne (C≡C)n, lle mae atomau'n ffurfio cadwyni hir gyda bondiau sengl a thriphlyg bob yn ail neu fondiau dwbl cronedig. Gelwir system o'r fath yn strwythur un-dimensiwn (1D) oherwydd nid oes dim arall ynghlwm wrth y ffilament un-atom-drwchus. Mae strwythur graphene yn parhau i fod yn ddau ddimensiwn, gan ei fod yn hir ac yn eang, ond dim ond un atom o drwch yw'r daflen. Mae ymchwil a wnaed hyd yn hyn yn awgrymu mai'r ffurf gryfaf o garabiner fyddai dwy edefyn wedi'u cydblethu â'i gilydd (1).

Hyd yn ddiweddar, ychydig oedd yn hysbys am y carbin. Dywed seryddwyr iddo gael ei ganfod gyntaf mewn meteorynnau a llwch rhyngserol.

Mae Mingji Liu a thîm ym Mhrifysgol Rice wedi cyfrifo priodweddau damcaniaethol y carbin a all helpu mewn ymchwil empirig. Cyflwynodd yr ymchwilwyr ddadansoddiad a oedd yn ystyried profion ar gyfer cryfder tynnol, cryfder hyblyg, ac anffurfiad torsiynol. Fe wnaethant gyfrifo bod cryfder penodol carbyne (h.y. cymhareb cryfder i bwysau) ar lefel ddigynsail (6,0-7,5 × 107 N∙m/kg) o gymharu â graphene (4,7-5,5. 107 × 4,3 N∙m/kg), nanotiwbiau carbon (5,0-107 × 2,5 N∙m/kg) a diemwnt (6,5-107 × 10 N∙m/kg). Mae angen grym o tua 14 nN i dorri bond sengl mewn cadwyn o atomau. Mae hyd y gadwyn ar dymheredd ystafell tua XNUMX nm.

Trwy ychwanegu grŵp swyddogaethol CH2 gellir troelli diwedd y gadwyn carbin fel llinyn DNA. Trwy “addurno” cadwyni carabiner gyda moleciwlau amrywiol, gellir newid priodweddau eraill. Bydd ychwanegu atomau calsiwm penodol sy'n bondio ag atomau hydrogen yn arwain at sbwng storio hydrogen dwysedd uchel.

Un o nodweddion diddorol y deunydd newydd yw'r gallu i ffurfio bondiau â chadwyni ochr. Gellir defnyddio'r broses o ffurfio a thorri'r bondiau hyn i storio a rhyddhau egni. Felly, gall carabiner wasanaethu fel deunydd storio ynni effeithlon iawn, gan fod ei moleciwlau yn un atom mewn diamedr, ac mae cryfder y deunydd yn golygu y bydd yn bosibl ffurfio a thorri bondiau dro ar ôl tro heb y risg o dorri. mae'r moleciwl ei hun yn torri i lawr.

Mae popeth yn dangos bod ymestyn neu droelli'r carabiner yn newid ei briodweddau trydanol. Roedd damcaniaethwyr hyd yn oed yn awgrymu gosod “dolenni” arbennig ar bennau'r moleciwl, a fyddai'n caniatáu ichi newid dargludedd neu fwlch band carbyne yn gyflym ac yn hawdd.

2. Cadwyn o carabiners y tu mewn i strwythur graphene

Yn anffodus, bydd holl briodweddau'r carbin y gwyddys amdanynt a heb eu darganfod eto yn parhau i fod yn ddamcaniaeth hardd yn unig os na allwn gynhyrchu'r deunydd yn rhad ac mewn symiau mawr. Mae rhai labordai ymchwil wedi nodi eu bod wedi paratoi carbin, ond mae'r deunydd wedi profi'n ansefydlog iawn. Mae rhai cemegwyr hefyd yn credu, os byddwn yn cysylltu dau linyn carabiner, y bydd y ffrwydrad. Ym mis Ebrill eleni, cafwyd adroddiadau am ddatblygiad carabiner sefydlog ar ffurf edafedd y tu mewn i "waliau" y strwythur graphene (2).

Efallai bod methodoleg Prifysgol Fienna y soniwyd amdani ar y dechrau yn torri tir newydd. Dylem gael gwybod yn fuan.