Karabiner - eindimensionaler Kohlenstoff
Wie die Zeitschrift Nature Materials im Oktober 2016 berichtete, ist es Wissenschaftlern der Fakultät für Physik der Universität Wien gelungen, einen Weg zu finden, einen stabilen Karabiner herzustellen, d. h. Eindimensionaler Kohlenstoff, der als noch leistungsfähiger gilt als Graphen (zweidimensionaler Kohlenstoff).
Graphen gilt immer noch als große Hoffnung und Vorbote der materiellen Revolution, noch bevor sie in der Technologie Realität wurde, und könnte bereits von seinem kohlenstoffbasierten Cousin abgelöst werden – Karabiner. Berechnungen ergaben, dass die Zugfestigkeit von Carbin doppelt so hoch ist wie die von Graphen, während seine Zugsteifigkeit dreimal höher als die von Diamant bleibt. Carbin ist (theoretisch) bei Raumtemperatur stabil, und wenn seine Stränge zusammen gelagert werden, kreuzen sie sich auf vorhersehbare Weise.
Dies ist eine allotrope Form von Kohlenstoff mit einer Polyalkinstruktur (C≡C)n, in der Atome lange Ketten mit abwechselnden Einfach- und Dreifachbindungen oder akkumulierten Doppelbindungen bilden. Ein solches System wird als eindimensionale (1D) Struktur bezeichnet, da an dem ein Atom dicken Filament nichts anderes befestigt ist. Die Struktur von Graphen bleibt zweidimensional, da es lang und breit ist, aber die Schicht ist nur ein Atom dick. Die bisher durchgeführten Untersuchungen deuten darauf hin, dass die stärkste Karabinerform aus zwei miteinander verflochtenen Fäden besteht (1).
Über den Karabiner war bis vor Kurzem wenig bekannt. Astronomen sagen, dass es erstmals in Meteoriten und interstellarem Staub nachgewiesen wurde.
Mingji Liu und ein Team der Rice University haben theoretische Eigenschaften des Karabiners berechnet, die bei der empirischen Forschung hilfreich sein können. Die Forscher präsentierten eine Analyse unter Berücksichtigung von Tests zur Zugfestigkeit, Biegefestigkeit und Torsionsverformung. Sie berechneten, dass die spezifische Festigkeit von Carbin (d. h. das Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht) auf einem beispiellosen Niveau liegt (6,0–7,5×107 N∙m/kg) im Vergleich zu Graphen (4,7–5,5×107 N∙m/kg). Kohlenstoffnanoröhren (4,3–5,0×107 N∙m/kg) und Diamant (2,5–6,5×107 N∙m/kg). Das Aufbrechen einer Einfachbindung in einer Atomkette erfordert eine Kraft von etwa 10 nN. Die Kettenlänge beträgt bei Raumtemperatur etwa 14 nm.
Beim Hinzufügen funktionelle Gruppe CH2 Das Ende der Karabinerkette kann wie ein DNA-Strang verdreht sein. Durch das „Verzieren“ von Karabinerketten mit verschiedenen Molekülen können weitere Eigenschaften verändert werden. Durch die Zugabe bestimmter Calciumatome, die sich mit Wasserstoffatomen verbinden, entsteht ein Wasserstoffspeicherschwamm mit hoher Dichte.
Eine interessante Eigenschaft des neuen Materials ist die Fähigkeit, Bindungen mit Seitenketten einzugehen. Der Prozess der Bildung und Auflösung dieser Bindungen kann zur Speicherung und Freisetzung von Energie genutzt werden. Somit kann ein Karabiner als sehr effizientes Energiespeichermaterial dienen, da seine Moleküle einen Durchmesser von einem Atom haben und die Festigkeit des Materials es ermöglicht, wiederholt Bindungen zu bilden und zu lösen, ohne dass die Gefahr eines Bruchs besteht. das Molekül selbst zerfällt.
Alles deutet darauf hin, dass eine Dehnung oder Drehung des Karabiners seine elektrischen Eigenschaften verändert. Theoretiker schlugen sogar vor, an den Enden des Moleküls spezielle „Griffe“ anzubringen, mit denen sich die Leitfähigkeit oder Bandlücke von Carbin schnell und einfach ändern ließe.
2. Eine Karabinerkette in einer Graphenstruktur
Leider bleiben alle bekannten und noch nicht entdeckten Eigenschaften des Karabiners nur eine schöne Theorie, wenn wir das Material nicht kostengünstig und in großen Mengen herstellen können. Einige Forschungslabore haben berichtet, dass ein Karabiner hergestellt wurde, aber das Material erwies sich als äußerst instabil. Einige Chemiker glauben auch, dass, wenn wir zwei Stränge eines Karabiners verbinden, dies der Fall sein wird взрыв. Im April dieses Jahres gab es Berichte über die Entwicklung eines stabilen Karabiners in Form von Fäden innerhalb der „Wände“ der Graphenstruktur (2).
Vielleicht ist die eingangs erwähnte Methodik der Universität Wien ein Durchbruch. Wir sollten es bald herausfinden.
