Nýtt form kolefnis er sterkara en grafen og demantur

Sjötta frumefnið, kolefni, hefur gefið okkur ótrúlega mikið af óvenjulegum efnum. Einu sinni var einfaldlega kolefni, grafít og demantur. En á undanförnum árum hafa efnafræðingar bætt við buckyballs, nanórörum og hvaða fjölda framandi forma sem eru búin til úr grafeni, sameindajafngildi kjúklingavírs.



Svo það er erfitt að trúa því að kolefni komi meira á óvart. Og enn í dag reikna Mingjie Liu og félagar við Rice háskólann í Houston út eiginleika annars konar kolefnis sem er sterkara, stífara og framandi en nokkuð sem efnafræðingar hafa áður séð.

Nýja efnið er kallað karbín. Það er keðja kolefnisatóma sem eru tengd annaðhvort með til skiptis þrí- og eintengi eða með tvennum í röð.





sorpförgun sólarplötur

Carbyne er einhver ráðgáta. Stjörnufræðingar telja sig hafa greint einkenni þess í geimnum milli stjarna en efnafræðingar hafa deilt í áratugi um hvort þeir hafi einhvern tíma búið til þetta efni á jörðinni. Fyrir nokkrum árum mynduðu þeir hins vegar karbínkeðjur allt að 44 atóm að lengd í lausn.

Hugsunin hingað til hefur verið sú að karbín hljóti að vera afar óstöðugt. Reyndar hafa sumir efnafræðingar reiknað út að tveir karbínþræðir sem komast í snertingu myndu bregðast við með sprengiefni.

Engu að síður hafa nanótæknifræðingar verið heillaðir af möguleikum þessa efnis vegna þess að það ætti að vera bæði sterkt og stíft og því gagnlegt. En hversu sterkt og stíft nákvæmlega, hefur enginn verið alveg viss um.



Þetta er þar sem Liu og co stíga inn í. Þessir krakkar hafa reiknað út frá fyrstu meginreglum megineiginleika karbíns og niðurstöðurnar gefa áhugaverða lestur.

DNA-próf ​​geta spáð fyrir um greind, sýna vísindamenn í fyrsta skipti

Til að byrja með segja þeir að karbín sé um það bil tvöfalt stífara en stífustu efni sem vitað er um í dag. Kolefni nanórör og grafen, til dæmis, hafa stífleika 4,5 x 10^8 N.m/kg en karbín toppar þau með stífleika um 10^9 N.m/kg.

Eins áhrifamikill er styrkur nýja efnisins. Liu og co reikna út að það þurfi um 10 nanóNewton til að brjóta einn streng af karbín. Þessi kraftur skilar sér í ákveðinn styrk sem nemur 6,0–7,5×10^7 N∙m/kg, sem er enn og aftur umtalsvert betri en öll þekkt efni, þar með talið grafen (4,7–5,5×10^7 N∙m/ kg), kolefnis nanórör (4,3–5,0) ×10^7 N∙m/kg), og demant (2,5–6,5×107 N∙m/kg4), segja þeir.

Carbyne hefur líka aðra áhugaverða eiginleika. Sveigjanleiki þess er einhvers staðar á milli þess sem er dæmigerð fjölliða og tvíþátta DNA. Og þegar það er snúið getur það annað hvort snúist frjálslega eða orðið snúningsstíft, allt eftir efnahópnum sem er fest við enda hans.



Kannski áhugaverðast er útreikningur Rice liðsins á stöðugleika carbyne. Þeir eru sammála um að tvær keðjur í sambandi geti brugðist við en það er virkjunarhindrun sem kemur í veg fyrir að þetta gerist auðveldlega. Þessi hindrun gefur til kynna hagkvæmni karbíns í þéttum fasa við stofuhita á nokkrum dögum, að lokum.

Allt þetta ætti að vekja matarlyst nanótæknifræðinga sem vonast til að hanna sífellt framandi nanóvélar, eins og nanórafeinda- og spintrónísk tæki. Miðað við þær framfarir sem hafa verið gerðar í framleiðslu á þessu efni gætum við ekki þurft að bíða lengi þar til einhver byrjar að nýta ótrúlega vélræna eiginleika karbínkeðja fyrir alvöru.

hvað kosta forfeðrapróf

Tilvísun: arxiv.org/abs/1308.2258 : Carbyne From First Principles: Chain Of C Atoms, A Nanorod Or A Nanorope?

fela sig