Menu

Карбін - нова форма вуглецю, що перевершує по міцності графен і вуглецеві нанотрубки

Карбин - новая форма углерода, превосходящая по прочности графен и углеродные нанотрубки


Відносно нова форма вуглецю, звана карбін, може стати тим матеріалом, який у недалекому майбутньому відніме у графену і вуглецевих нанотрубок пальму першості найміцніших у світі матеріалів. Крім міцності перевершує міцність графену і нанотрубок майже в два рази, карбін має ще цілою низкою екзотичних і цікавих властивостей, які відкривають широкі перспективи використання цього матеріалу в наноелектроніці, в спінтроніці, в технології зберігання водню та електричної енергії з небувалою до цього щільністю зберігання.

Карбін, відомий ще як аллотропная форма вуглецю, являє собою ланцюг атомів вуглецю, з'єднаних послідовними подвійними зв'язками або чергуванням потрійний і одиночної зв'язку. До останнього часу про карбине було відомо, крім факту його існування, вельми небагато. Астрономи виявили карбін в матеріалі деяких метеоритів, астероїдів і в хмарах міжзоряного пилу. А в лабораторіях вдалося синтезувати ланцюжка карбина, довжиною максимум 44 атома.

Природно, що при такому положенні справ науці відомо дуже мало про карбине і про його властивості. Але і того, що відомо, досить для того, щоб викликати підвищений інтерес вчених до цього матеріалу. Мингджи Луї (Mingjie Liu), разом з колегами з університету Райс, намагаючись заповнити прогалини знань про карбине, вдалися до допомоги математичних методів, заснованих на досить відомих людям властивості атомів вуглецю. Першим ділом вчені розрахували, що міцність карбина становить 6.0-7.5?10^7 Н?м/кг, що майже в два рази перевершує міцність графену (4.7-5.5 ?10^7 Н?м/кг). Крім цього вчені з'ясували, що молекули карбина практично не розтягуються, залишаючись при цьому дивно гнучкими, і мають досить високу хімічну стійкість.

Карбин - новая форма углерода, превосходящая по прочности графен и углеродные нанотрубки


Вигин ланцюжка карбина призводить до виникнення додаткового напруження між атомами вуглецю, що зміщує електричну заборонену зону цього матеріалу, надаючи йому яскраво виражені напівпровідникові властивості. Така особливість може використовуватися в різних мікроелектромеханічних системах в якості своєрідного датчика регулятора положення. Додаючи молекули різних речовин, наприклад, метилену (CH2), до кінців молекули карбина, можна викликати штучне викривлення молекули і навіть сформувати її у вигляді спіралі, подібної спіралі молекули ДНК. Крім цього, "прикраса" кінців молекули карбина молекулами різних сполук і речовин дозволяє надати матеріалу інші додаткові властивості, часом досить екзотичні. Приміром, додавання атомів кальцію перетворює ланцюжок атомів вуглецю в матеріал, інтенсивно зв'язує водень, який можна використовувати для виготовлення пристроїв зберігання цього екологічно чистого палива майбутнього.

Також важливо відзначити, що подібно графену, карбін має товщину всього в один атом. Це означає, що у розрахунку на одиницю маси матеріалу він володіє воістину величезною площею поверхні. Природно, що така властивість карбина робить його вкрай привабливим для пристроїв зберігання електричної енергії, для акумуляторних батарей і суперконденсаторів, в яких головну роль відіграє ефективна площа поверхні електродів.

На жаль, вкрай обмежені можливості синтезу карбина, незважаючи на широке коло його цікавих властивостей, обмежують інтерес до цього матеріалу з боку дослідних організацій. Але деякі все ж організації вже ведуть пошуки способів отримання карбина у великих кількостях. І коли такі засоби будуть знайдені, цей матеріал може стати об'єктом ще більш масштабних досліджень, ніж графен і вуглецеві нанотрубки.

|