کاربین - کربن یک بعدی

همانطور که ژورنال Nature Materials در اکتبر 2016 گزارش داد، دانشمندان دانشکده فیزیک دانشگاه وین موفق به یافتن راهی برای ساختن یک کارابین پایدار شده اند. کربن یک بعدی که حتی از گرافن (کربن دو بعدی) نیز قدرتمندتر است.

گرافن که هنوز به عنوان یک امید بزرگ و منادی انقلاب مواد در نظر گرفته می شود، حتی قبل از اینکه در فناوری به واقعیت تبدیل شود، ممکن است گرافن قبلاً توسط پسر عموی مبتنی بر کربن خود از تخت خارج شده باشد. کاربین. محاسبات نشان داد که استحکام کششی کاربین دو برابر بیشتر از گرافن است، در حالی که استحکام کششی آن سه برابر بیشتر از الماس است. کاربین (از لحاظ نظری) در دمای اتاق پایدار است و وقتی رشته های آن در کنار هم ذخیره می شوند، به روشی قابل پیش بینی تلاقی می کنند.

این یک شکل آلوتروپیک کربن با ساختار پلی آلکین (C≡C)n است که در آن اتم‌ها زنجیره‌های بلندی را با پیوندهای متناوب منفرد و سه‌گانه یا پیوندهای دوگانه انباشته تشکیل می‌دهند. چنین سیستمی ساختار یک بعدی (1D) نامیده می شود زیرا هیچ چیز دیگری به رشته ای با ضخامت یک اتم متصل نیست. ساختار گرافن دو بعدی باقی می ماند، زیرا طولانی و عریض است، اما ورق تنها یک اتم ضخامت دارد. تحقیقات انجام شده تاکنون نشان می دهد که قوی ترین شکل کارابین دو رشته در هم تنیده با یکدیگر خواهد بود (1).

تا همین اواخر، اطلاعات کمی در مورد کارابین وجود داشت. ستاره شناسان می گویند اولین بار در شهاب سنگ ها و غبار بین ستاره ای کشف شد.

مینجی لیو و تیمی از دانشگاه رایس خواص نظری کارابین را محاسبه کرده‌اند که می‌تواند به تحقیقات تجربی کمک کند. محققان تجزیه و تحلیلی را با در نظر گرفتن آزمون‌های مقاومت کششی، مقاومت خمشی و تغییر شکل پیچشی ارائه کردند. آنها محاسبه کردند که استحکام ویژه کاربین (یعنی نسبت قدرت به وزن) در سطح بی سابقه ای (6,0-7,5×107 N∙m/kg) در مقایسه با گرافن (4,7-5,5. 107×4,3 N∙m/kg) است. نانولوله های کربنی (5,0-107×2,5 N∙m/kg) و الماس (6,5-107×10 N∙m/kg). شکستن یک پیوند منفرد در زنجیره ای از اتم ها به نیرویی در حدود 14 نانو نیوتن نیاز دارد. طول زنجیر در دمای اتاق حدود XNUMX نانومتر است.

اضافه كردن گروه عملکردی CH2 انتهای زنجیره کارابین می تواند مانند یک رشته DNA پیچیده شود. با "تزیین" زنجیره های کارابین با مولکول های مختلف، می توان سایر خواص را تغییر داد. افزودن برخی اتم‌های کلسیم که با اتم‌های هیدروژن پیوند می‌یابند، منجر به یک اسفنج ذخیره‌سازی هیدروژن با چگالی بالا می‌شود.

یکی از ویژگی های جالب مواد جدید، توانایی تشکیل پیوند با زنجیره های جانبی است. از فرآیند تشکیل و شکستن این پیوندها می توان برای ذخیره و آزادسازی انرژی استفاده کرد. بنابراین، یک کارابین می تواند به عنوان یک ماده ذخیره انرژی بسیار کارآمد عمل کند، زیرا مولکول های آن یک اتم قطر دارند و استحکام مواد به این معنی است که امکان تشکیل و شکستن پیوندهای مکرر بدون خطر شکستن وجود خواهد داشت. خود مولکول تجزیه می شود.

همه چیز نشان می دهد که کشش یا چرخاندن کارابین خواص الکتریکی آن را تغییر می دهد. نظریه پردازان حتی پیشنهاد کردند که در انتهای مولکول "دستگیره" ویژه ای قرار دهند که به شما امکان می دهد به سرعت و به راحتی رسانایی یا شکاف نواری کاربین را تغییر دهید.

2. زنجیره ای از کارابین ها در داخل ساختار گرافن

متأسفانه، اگر نتوانیم مواد را ارزان و در مقادیر زیاد تولید کنیم، تمام خواص شناخته شده و هنوز کشف نشده کارابین تنها یک نظریه زیبا باقی خواهد ماند. برخی از آزمایشگاه های تحقیقاتی تهیه یک کارابین را گزارش کرده اند، اما ثابت شده است که این ماده بسیار ناپایدار است. برخی شیمیدانان نیز معتقدند که اگر دو رشته کارابین را به هم وصل کنیم، وجود خواهد داشت взрыв. در آوریل سال جاری، گزارش هایی مبنی بر توسعه یک کارابین پایدار به شکل نخ هایی در داخل «دیواره» ساختار گرافن منتشر شد (2).

شاید روش شناسی دانشگاه وین که در ابتدا ذکر شد، یک پیشرفت باشد. به زودی باید بفهمیم