北京時(shí)間4月21日消息，據(jù)英國(guó)《每日郵報(bào)》報(bào)道，在問(wèn)世50多年之后，終于有研究團(tuán)隊(duì)找到了批量生產(chǎn)碳炔(carbyne)的方法。碳炔相當(dāng)于碳的一維形式——由碳原子聚集在一起形成的鏈，被認(rèn)為是世界上最強(qiáng)韌的材料，強(qiáng)度超過(guò)鉆石40倍。
▲石墨烯結(jié)構(gòu)內(nèi)部示意圖。研究人員采用雙層壁碳納米管來(lái)生成穩(wěn)定的碳鏈，其長(zhǎng)度也創(chuàng)下新的記錄。
▲在托馬斯·皮希勒(Thomas Pichler)的領(lǐng)導(dǎo)下，來(lái)自維也納大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了一種新方法，能批量生產(chǎn)出由超過(guò)6400個(gè)碳原子組成的碳鏈。在此之前，一條碳鏈的長(zhǎng)度記錄只有約100個(gè)碳原子。
在新的方法中，研究人員采用雙層壁碳納米管來(lái)生成穩(wěn)定的碳鏈，其長(zhǎng)度也創(chuàng)下新的記錄。1885年，德國(guó)化學(xué)家阿道夫·馮·拜爾(Adolf von Baeyer)首次提出了碳炔的概念，他描述了線性炔碳——或者說(shuō)無(wú)限長(zhǎng)度的碳鏈——的存在，并將其稱為“carbyne”。不過(guò)，他同時(shí)指出該材料會(huì)非常難以獲得，因?yàn)樗鼧O其不穩(wěn)定。
在托馬斯·皮希勒(Thomas Pichler)的領(lǐng)導(dǎo)下，來(lái)自維也納大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了一種新方法，能批量生產(chǎn)出由超過(guò)6400個(gè)碳原子組成的碳鏈。在此之前，一條碳鏈的長(zhǎng)度記錄只有約100個(gè)碳原子。
為了達(dá)到這一新的長(zhǎng)度，研究者制造了雙層壁納米管，由兩層石墨烯環(huán)繞組成。這些納米管提供了穩(wěn)定的環(huán)境，使超長(zhǎng)碳鏈得以生成，長(zhǎng)度比此前碳鏈長(zhǎng)50倍以上。論文第一作者石磊說(shuō)：“密閉條件下超長(zhǎng)線性碳鏈——比目前已知的最長(zhǎng)碳鏈提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)——的直接實(shí)驗(yàn)證據(jù)，是最終揭開(kāi)真正一維的碳同素異形物奧秘的一大跨越。”
碳炔比鉆石的強(qiáng)度高40倍，是石墨烯強(qiáng)度的兩倍，比其他所有碳材料都要強(qiáng)韌。研究者稱，這樣一種材料在未來(lái)超高強(qiáng)度設(shè)備的發(fā)展中將有很重要的用途。
“這項(xiàng)工作還提供了一個(gè)很好的例子，為了揭開(kāi)并控制低維度碳基材料的電學(xué)和機(jī)械特性，在實(shí)驗(yàn)和理論之間可以進(jìn)行非常高效和成果豐富的合作，”研究者安杰爾·盧比奧(Angel Rubio)說(shuō)，“該方法將合成出迄今為止最長(zhǎng)的碳鏈，并對(duì)其進(jìn)行定性。對(duì)于涉及密閉幾何體內(nèi)的電子相關(guān)和量子力學(xué)相轉(zhuǎn)變等試驗(yàn)性研究，這些發(fā)現(xiàn)提供了試驗(yàn)的基礎(chǔ)?！?/p>
為了證實(shí)碳鏈的存在，研究者采用了不同的光譜學(xué)和X射線散射技術(shù)。他們發(fā)現(xiàn)，碳鏈不僅在這些條件下可以穩(wěn)定存在，而且其電學(xué)特性取決于碳鏈的長(zhǎng)度?！按送?，碳炔的機(jī)械和電學(xué)特性是非常特別的，”盧比奧說(shuō)，“意味著納米電子以及光機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)可以有大量的新的可能性?！?/p>
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