Carbin - คาร์บอนหนึ่งมิติ

ตามที่วารสาร Nature Materials รายงานเมื่อเดือนตุลาคม 2016 นักวิทยาศาสตร์จากคณะฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัยเวียนนาได้พยายามหาวิธีที่จะสร้างปืนสั้นที่มีความเสถียรเช่น คาร์บอนหนึ่งมิติซึ่งถือว่ามีพลังมากกว่ากราฟีน (คาร์บอนสองมิติ)

ยังคงเป็นความหวังที่ยิ่งใหญ่และเป็นลางสังหรณ์ของการปฏิวัติทางวัตถุ ก่อนที่มันจะกลายเป็นความจริงในเทคโนโลยี กราฟีนอาจถูกกำจัดโดยลูกพี่ลูกน้องที่ทำจากคาร์บอน - ปืนสั้น. การคำนวณพบว่าค่าความต้านทานแรงดึงของคาร์ไบน์สูงกว่ากราฟีนถึงสองเท่า ในขณะที่ความแข็งแกร่งของแรงดึงยังคงสูงกว่าเพชรสามเท่า คาร์ไบน์มีความคงตัว (ในทางทฤษฎี) ที่อุณหภูมิห้อง และเมื่อเส้นใยของมันถูกเก็บไว้ด้วยกัน พวกมันจะตัดกันในลักษณะที่คาดเดาได้

นี่คือคาร์บอนในรูปแบบ allotropic ที่มีโครงสร้างโพลีอัลไคน์ (C≡C)n ซึ่งอะตอมจะสร้างสายโซ่ยาวที่มีพันธะเดี่ยวและพันธะสามสลับกันหรือสะสมพันธะคู่ ระบบดังกล่าวเรียกว่าโครงสร้างแบบมิติเดียว (1D) เนื่องจากไม่มีสิ่งอื่นใดติดอยู่กับฟิลาเมนต์หนาหนึ่งอะตอม โครงสร้างของกราฟีนยังคงเป็นแบบสองมิติ เนื่องจากมีความยาวและกว้าง แต่แผ่นงานมีความหนาเพียงอะตอมเดียว การวิจัยที่ทำจนถึงตอนนี้ชี้ให้เห็นว่าคาราไบเนอร์ที่แข็งแรงที่สุดคือสองเกลียวพันกัน (1)

จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ ไม่ค่อยมีใครรู้จักเกี่ยวกับปืนสั้น นักดาราศาสตร์กล่าวว่ามันถูกตรวจพบครั้งแรกในอุกกาบาตและฝุ่นในอวกาศ

Mingji Liu และทีมงานจากมหาวิทยาลัย Rice ได้คำนวณคุณสมบัติทางทฤษฎีของปืนสั้นที่สามารถช่วยในการวิจัยเชิงประจักษ์ นักวิจัยได้นำเสนอการวิเคราะห์โดยคำนึงถึงการทดสอบแรงดึง แรงดัดงอ และการเปลี่ยนรูปบิดเบี้ยว พวกเขาคำนวณว่าความแข็งแรงจำเพาะของคาร์ไบน์ (เช่น อัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนัก) อยู่ที่ระดับที่ไม่เคยมีมาก่อน (6,0-7,5×107 N∙m/kg) เมื่อเทียบกับกราฟีน (4,7-5,5. 107×4,3 N∙m/kg) ท่อนาโนคาร์บอน (5,0-107×2,5 N·m/kg) และเพชร (6,5-107×10 N·m/kg) การทำลายพันธะเดี่ยวในสายโซ่ของอะตอมต้องใช้แรงประมาณ 14 nN ความยาวโซ่ที่อุณหภูมิห้องประมาณ XNUMX นาโนเมตร

เพิ่ม หมู่ฟังก์ชัน CH2 ปลายของโซ่คาร์ไบน์สามารถบิดได้เหมือนสายดีเอ็นเอ ด้วยการ “ตกแต่ง” โซ่คาราไบเนอร์ที่มีโมเลกุลต่างๆ กัน ทำให้คุณสมบัติอื่นๆ สามารถเปลี่ยนแปลงได้ การเติมแคลเซียมอะตอมบางตัวเข้าไปจับกับอะตอมไฮโดรเจนจะส่งผลให้ฟองน้ำกักเก็บไฮโดรเจนมีความหนาแน่นสูง

คุณสมบัติที่น่าสนใจของวัสดุใหม่คือความสามารถในการสร้างพันธะกับโซ่ด้านข้าง กระบวนการสร้างและทำลายพันธะเหล่านี้สามารถใช้เก็บและปล่อยพลังงานได้ ดังนั้น คาราไบเนอร์จึงสามารถใช้เป็นวัสดุกักเก็บพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากโมเลกุลของมันคือเส้นผ่านศูนย์กลางหนึ่งอะตอม และความแข็งแรงของวัสดุหมายความว่าจะสามารถสร้างและทำลายพันธะซ้ำๆ ได้โดยไม่เสี่ยงต่อการแตกหัก โมเลกุลเองสลายตัว

ทุกอย่างบ่งบอกว่าการยืดหรือบิดตัวคาราไบเนอร์จะเปลี่ยนคุณสมบัติทางไฟฟ้าของมัน นักทฤษฎียังแนะนำให้วาง "ที่จับ" พิเศษไว้ที่ปลายโมเลกุล ซึ่งจะช่วยให้คุณสามารถเปลี่ยนค่าการนำไฟฟ้าหรือช่องว่างของแถบคาร์ไบน์ได้อย่างรวดเร็วและง่ายดาย

2. ห่วงโซ่ของ carabiners ภายในโครงสร้าง graphene

น่าเสียดายที่คุณสมบัติที่รู้จักและยังไม่ได้ค้นพบทั้งหมดของปืนสั้นจะยังคงเป็นเพียงทฤษฎีที่สวยงามหากเราไม่สามารถผลิตวัสดุในราคาถูกและในปริมาณมาก ห้องปฏิบัติการวิจัยบางแห่งได้รายงานว่ามีการเตรียมปืนสั้น แต่วัสดุดังกล่าวได้รับการพิสูจน์แล้วว่าไม่เสถียรอย่างมาก นักเคมีบางคนยังเชื่อว่าถ้าเราเชื่อมคาราไบเนอร์สองเกลียวเข้าด้วยกัน จะได้ การระเบิด. ในเดือนเมษายนของปีนี้ มีรายงานการพัฒนาคาราไบเนอร์ที่มีความเสถียรในรูปแบบของเกลียวใน "ผนัง" ของโครงสร้างกราฟีน (2)

บางทีวิธีการของมหาวิทยาลัยเวียนนาที่กล่าวถึงในตอนต้นอาจเป็นความก้าวหน้า เราควรจะรู้ในไม่ช้านี้