Карбин: трудности, возможности, перспективы — Yavio Magazine

Article

Карбин: трудности, возможности, перспективы

13 просмотров

Материал, более прочный, чем алмаз и графен, после новых исследований ученых из Университета Райса, занимает умы тех, кто интересуется технологиями будущего 

И снова углерод

Углерод – элемент таблицы Менделеева под номером 6, – в природе создал множество материалов. От крошащегося, расслаивающегося графита до алмаза. В научных лабораториях с этим элементом продолжают экспериментировать, и к настоящему времени искусственно выведены графен, углеродные нанотрубки, фуллерены и модификации этих материалов. Все они обладают одним важным качеством – очень высокой прочностью при внешней малости и хрупкости.

 

Как расположить атомы углерода, чтобы связь была еще более крепкой? Например, в графене это гексагональная (шестигранная) решётка, а в нанотрубке она «свернута» цилиндром, что сообщает ей дополнительную жесткость. Однако, оказалось, что структура не обязательно должна представлять собой ячейки. Возможно, простая цепочка может оказаться не менее прочной?

 

Когда нить прочнее полотна

Мнение о том, что линейная структура соединения атомов углерода может существовать в природе, подтвердили ученые-астрономы. Выяснилось, что в космосе – в веществе метеоритов и космической пыли, – нашлись доказательства существования карбина. Ученые считают, что он мог образоваться путем мощного сжатия графита. Что же касается искусственных условий, то в лабораториях вывести материал удалось только недавно. Причиной тому – крайняя нестабильной углеродных цепочек, они очень быстро разрушаются. Кроме того, в ученой среде бытовали, да и до сих пор обсуждаются, крайне негативные последствия некоторых экспериментов с карбином. Теория о том, что при пересечении цепочек может произойти резкий энергетический выброс (взрыв) до сих пор считается вполне вероятной.

 

 

Для тех, кто интересуется молекулярной структурой, материал выглядит очень просто: здесь один углерод, связанный двойными звеньями или чередующимися тройными и одинарными. В настоящее время это самый прочный материал, известный человечеству. Установлено, что он в 2 раза превосходит по данному параметру графен, и в 3 раза – алмаз.

 

 

Новый виток интереса к материалу обусловлен тем, что группа исследователей из американского Университета Райса обнародовала результаты своих последних наблюдений.


Полезные свойства

Беспрецедентная прочность и жесткость – это еще не все. Карбин может быть магнитным полупроводником (по проводимости сравним со стеклом), а также использоваться как база для хранения электрической энергии. Благодаря своей толщине в один атом и при этом огромной внутренней вместимости карбин, вероятно, станет прорывом для технологий, связанных с накоплением, хранением и сбережением электроэнергии. Единственное «но» – это уже указанная нестабильность.

 

 

Проблема №1

На некоторое время исследования, связанные с карбином приостановились. Причиной тому стала непреодолимая нестабильность материала: углеродные цепочки распадались практически мгновенно. А ведь для того, чтобы вести продуктивную работу, необходимо было воспроизвести ряд хотя бы в несколько десятков атомов. Сейчас ученые из Австрии утверждают, что нашли решение проблемы сохранения материала. Они экспериментируют с известными уже графеном и нанотрубками, как бы погружая в них углеродные цепочки карбина. Пока что удалось создать достаточно стабильную структуру длиной более чем в 6 тысяч атомов. Если исследования продолжатся так же успешно, вопрос о нестабильности можно будет считать решенным, а новый материал начинать рассматривать с точки зрения его практической пользы.