Carabina - carboni unidimensional

Tal com va informar la revista Nature Materials l'octubre de 2016, científics de la Facultat de Física de la Universitat de Viena han aconseguit trobar una manera de fer una carabina estable, és a dir. Carboni unidimensional, que es considera encara més potent que el grafè (carboni bidimensional).

Encara considerat com una gran esperança i presagi de la revolució material, fins i tot abans que esdevingués una realitat en tecnologia, el grafè ja pot ser destronat pel seu cosí a base de carboni: Carbin. Els càlculs van demostrar que la resistència a la tracció del carbí és dues vegades més gran que la del grafè, mentre que la seva rigidesa a la tracció continua sent tres vegades superior a la del diamant. Carbyne és (teòricament) estable a temperatura ambient, i quan els seus fils s'emmagatzemen junts, es creuen de manera previsible.

Es tracta d'una forma al·lotròpica de carboni amb una estructura polialquina (C≡C)n, en la qual els àtoms formen cadenes llargues amb enllaços simples i triples alterns o enllaços dobles acumulats. Aquest sistema s'anomena estructura unidimensional (1D) perquè no hi ha res més connectat al filament d'un àtom de gruix. L'estructura del grafè continua sent bidimensional, ja que és llarga i ampla, però la làmina només té un àtom de gruix. La investigació feta fins ara suggereix que la forma més forta de mosquetó seria dos fils entrellaçats entre si (1).

Fins fa poc es coneixia poc de la carabina. Els astrònoms diuen que es va detectar per primera vegada en meteorits i pols interestel·lar.

Mingji Liu i un equip de la Universitat Rice han calculat propietats teòriques de la carabina que poden ajudar en la investigació empírica. Els investigadors van presentar una anàlisi tenint en compte les proves de resistència a la tracció, resistència a la flexió i deformació torsional. Van calcular que la força específica del carbí (és a dir, la relació força/pes) es troba a un nivell sense precedents (6,0-7,5 × 107 N∙m/kg) en comparació amb el grafè (4,7-5,5, 107 × 4,3 N∙m/kg), nanotubs de carboni (5,0-107×2,5 N∙m/kg) i diamant (6,5-107×10 N∙m/kg). Trencar un únic enllaç en una cadena d'àtoms requereix una força d'uns 14 nN. La longitud de la cadena a temperatura ambient és d'uns XNUMX nm.

Afegint grup funcional CH2 l'extrem de la cadena de la carabina es pot retorçar com una cadena d'ADN. En "decorar" les cadenes de mosquetó amb diverses molècules, es poden canviar altres propietats. L'addició de certs àtoms de calci que s'uneixen amb àtoms d'hidrogen donarà lloc a una esponja d'emmagatzematge d'hidrogen d'alta densitat.

Una propietat interessant del nou material és la capacitat de formar enllaços amb cadenes laterals. El procés de formació i ruptura d'aquests enllaços es pot utilitzar per emmagatzemar i alliberar energia. Així, un mosquetó pot servir com a material d'emmagatzematge d'energia molt eficient, ja que les seves molècules tenen un àtom de diàmetre, i la força del material fa que es puguin formar i trencar enllaços repetidament sense risc de trencar-se. la mateixa molècula es trenca.

Tot indica que estirar o girar el mosquetó canvia les seves propietats elèctriques. Els teòrics, fins i tot, van suggerir col·locar " nanses " especials als extrems de la molècula, que us permetrien canviar de manera ràpida i senzilla la conductivitat o la bretxa de banda del carbyne.

2. Una cadena de mosquetons dins d'una estructura de grafè

Malauradament, totes les propietats conegudes i encara no descobertes de la carabina seguiran sent només una bella teoria si no podem produir el material de manera econòmica i en grans quantitats. Alguns laboratoris d'investigació han informat de la preparació d'una carabina, però el material ha demostrat ser molt inestable. Alguns químics també creuen que si connectem dos fils d'un mosquetó, n'hi haurà explosió. A l'abril d'aquest any, es va informar del desenvolupament d'un mosquetó estable en forma de fils dins de les "parets" de l'estructura del grafè (2).

Potser la metodologia de la Universitat de Viena esmentada al principi és un avenç. Ho hauríem de saber aviat.