Относительно новая форма углерода, называемая карбин,
может стать тем материалом, который в недалеком будущем отнимет у графена и углеродных нанотрубок
пальму первенства самых прочных в мире материалов.
Помимо прочности, превосходящей прочность графена и нанотрубок почти в два раза,
карбин обладает еще целым рядом экзотических и интересных свойств, которые открывают широкие перспективы
использования этого материала в наноэлектронике, в спинтронике,
в технологиях хранения водорода и
электрической энергии
с небывалой до этого плотностью хранения.
Карбин, известный еще как аллотропная форма углерода,
представляет собой цепь атомов углерода, соединенных последовательными двойными связями
или чередованием тройной и одиночной связи.
До последнего времени о карбине было известно, кроме факта его существования, весьма немногое.
Астрономы обнаружили карбин в материале некоторых метеоритов,
астероидов
и в облаках межзвездной пыли.
А в лабораториях удалось синтезировать цепочки карбина, длиной максимум 44 атома.
Естественно, что при таком положении дел науке известно очень мало о самом карбине и о его свойствах.
Но и того, что известно, достаточно для того, чтобы вызвать у ученых повышенный интерес к этому материалу.
Мингджи Луи (Mingjie Liu),
вместе с коллегами из университета Райс,
пытаясь заполнить пробелы знаний о карбине, прибегли к помощи математических методов,
основанных на достаточно известных людям свойствах атомов углерода.
Первым делом ученые рассчитали, что прочность карбина составляет 6.0-7.5?10^7 Н?м/кг,
что почти в два раза превосходит прочность графена (4.7-5.5 ?10^7 Н?м/кг).
Помимо этого ученые выяснили, что молекулы карбина практически не растягиваются,
оставаясь, при этом, удивительно гибкими, и имеют весьма высокую химическую устойчивость.
Изгиб молекулы карбина
Изгиб цепочки карбина приводит к возникновению дополнительного напряжения между атомами углерода,
что смещает электрическую запрещенную зону этого материала,
придавая ему ярко выраженные полупроводниковые свойства.
Такая особенность может использоваться в различных микроэлектромеханических системах в качестве своеобразного датчика и регулятора положения.
Добавляя молекулы различных веществ, к примеру,
метилена (CH2), к концам молекулы карбина, можно вызвать искусственное искривление молекулы
и даже сформировать ее в виде спирали, подобной спирали молекулы ДНК.
Помимо этого, "украшение" концов молекулы карбина молекулами различных соединений и веществ
позволяет придать материалу другие дополнительные свойства, порой весьма экзотические.
К примеру, добавление атомов кальция превращает цепочку атомов углерода в материал, интенсивно связывающий водород,
который можно использовать для изготовления устройств хранения этого экологически чистого топлива будущего.
Также важно отметить, что подобно графену, карбин имеет толщину всего в один атом.
Это означает, что в расчете на единицу массы материала он обладает поистине огромной площадью поверхности.
Естественно, что такое свойство карбина делает его крайне привлекательным для устройств хранения электрической энергии, для аккумуляторных батарей и суперконденсаторов,
в которых главную роль играет эффективная площадь поверхности электродов.
К сожалению, крайне ограниченные возможности синтеза карбина, несмотря на широкий круг его интересных свойств,
ограничивают интерес к этому материалу со стороны исследовательских организаций.
Но некоторые организации все же уже ведут поиски способов получения карбина в больших количествах.
И когда такие способы будут найдены, этот материал может стать объектом еще более масштабных исследований,
нежели графен и углеродные нанотрубки.
Вы не можете начинать темы Вы не можете отвечать на сообщения Вы не можете редактировать свои сообщения Вы не можете удалять свои сообщения Вы не можете голосовать в опросах
FAQ
Поиск
Пользователи
Группы
Регистрация
Профиль
Войти и проверить личные сообщения
Вход
