Carbin——一维碳

正如《自然材料》杂志 2016 年 XNUMX 月报道的那样，维也纳大学物理学院的科学家们设法找到了一种制造稳定卡宾枪的方法，即一维碳，被认为比石墨烯（二维碳）更强大。

仍然被认为是材料革命的巨大希望和预兆，甚至在它在技术上成为现实之前，石墨烯可能已经被它的碳基表亲所取代—— 马枪. 计算表明，卡炔的抗拉强度是石墨烯的两倍，而其抗拉刚度仍然是金刚石的三倍。 Carbyne（理论上）在室温下是稳定的，当它的链存储在一起时，它们以可预测的方式相交。

这是具有聚炔烃 (C≡C)n 结构的碳的同素异形体形式，其中原子形成具有交替单键和三键或累积双键的长链。 这样的系统被称为一维 (1D) 结构，因为没有其他任何东西附着在单原子厚的细丝上。 石墨烯的结构仍然是二维的，因为它又长又宽，但薄片只有一个原子厚。 迄今为止所做的研究表明，最强的登山扣形式是两条相互缠绕的线 (1)。

直到最近，人们对卡宾枪知之甚少。 天文学家说，它首先是在陨石和星际尘埃中发现的。

莱斯大学的刘明基和一个团队计算了卡宾枪的理论特性，可以帮助进行实证研究。 研究人员提出了一项分析，其中考虑了拉伸强度、弯曲强度和扭转变形的测试。 他们计算出与石墨烯（6,0-7,5. 107×4,7 N∙m/kg）相比，卡宾的比强度（即强度重量比）处于前所未有的水平（5,5-107×4,3 N∙m/kg），碳纳米管（5,0-107×2,5 N∙m/kg）和金刚石（6,5-107×10 N∙m/kg）。 断开原子链中的单键需要大约 14 nN 的力。 室温下的链长约为 XNUMX nm。

通过添加 官能团 CH2 卡宾链的末端可以像 DNA 链一样扭曲。 通过用各种分子“装饰”登山扣链，可以改变其他特性。 添加某些与氢原子结合的钙原子将产生高密度的储氢海绵。

新材料的一个有趣特性是能够与侧链形成键。 形成和破坏这些键的过程可用于储存和释放能量。 因此，登山扣可以作为一种非常有效的能量储存材料，因为它的分子直径只有一个原子，而且材料的强度意味着它可以反复形成和破坏键而没有断裂的风险。 分子本身会分解。

一切都表明，拉伸或扭转登山扣会改变其电气特性。 理论家甚至建议在分子末端放置特殊的“手柄”，这样您就可以快速轻松地改变卡炔的电导率或带隙。

2. 石墨烯结构内的一串登山扣

不幸的是，如果我们不能大量廉价地生产这种材料，卡宾枪的所有已知和尚未发现的特性将只是一个美丽的理论。 一些研究实验室报告说制备了一种卡宾枪，但这种材料已被证明非常不稳定。 一些化学家还认为，如果我们连接两股登山扣，就会有 爆炸. 今年 2 月，有报道称在石墨烯结构的“壁”内开发了一种以螺纹形式存在的稳定登山扣 (XNUMX)。

也许开头提到的维也纳大学的方法论是一个突破。 我们应该很快就会知道。