Твердше алмазу вчені досліджували властивості одноатомної вуглецевої нитки - РИА Новости
МОСКВА, 16 серпня — РИА Новости. Дослідження властивостей нового вуглецевого матеріалу — карбину — показало, що він вдвічі міцніший за алмаз і графен, а також має унікальні електричні властивості, йдеться в статті, розміщеній в електронній бібліотеці Корнеллського університету групою під керівництвом Бориса Якобсона із університету Райса (США).
Поповнення у великій родині
Новий член сімейства — карбін — є одноатомною вуглецевою ниткою. Вперше про отримання цієї сполуки у 1960-1970-і роки заявили вчені з Інституту елементоорганічних сполук (ІНЕОС) РАН. Група під керівництвом Олексія Сладкова стверджувала, що їм вдалося отримати два різновиди карбину — кумулен (де кожен атом пов'язаний із двома сусідами двома подвійними зв'язками) та поліїн (де чергуються потрійні та одинарні зв'язки). Однак згодом вчені знайшли інші можливі пояснення деяким з експериментальних спостережень.
"Виникла дещо суперечлива ситуація, в якій обережна за своєю природою наукова спільнота швидше схилилася до думки "карбину не існує". Це не означає, що всі свідчення на користь існування карбину були спростовані. Я б сказав, що з великою впевненістю можна стверджувати, що у 1970-х карбін вже був успішно отриманий", - сказав Артюхов.
Експерименти у комп'ютері
На даний момент отримання карбину залишається вкрай складним завданням, тому вчені поки що проводять експерименти не зі справжньою речовиною, а вдаються за допомогою квантово-механічного моделювання на суперкомп'ютерах. "У попередніх роботах... увага була зосереджена на якихось окремих його характеристиках, ми ж поставили собі за метуохарактеризувати його одразу з усіх боків, тобто створити повну механічну модель матеріалу", - каже Артюхов.
Результати такого моделювання показали, що карбін має унікально високу жорсткість — його питома міцність на кілограм маси становить 1 мільйон кілоньютонів на метр. Це вдвічі вище міцності нанотрубок і графену (0,45 мільйона кілоньютонів) і майже втричі міцніше за алмаз — 0,35 мільйона кілоньютонів). "Ми виявили й кілька інших цікавих явищ, наприклад те, що карбін може "включати" крутильну жорсткість шляхом приєднання певних функціональних груп на кінцях", - сказав співрозмовник агентства.
Крім того, Якобсон та його колеги змогли довести, що при розтягуванні карбінової нитки радикально змінюються її електричні властивості - вона "перетворюється" з форми кумулену (який є провідником) у форму поліїну (діелектрик), тобто, натягуючи нитку карбину, можна вимикати і включати провідність.
Чи не космічний ліфт, але електроніка
Поки що технології отримання карбину вкрай складні. Найдовшу нитку карбину — 6 нанометрів — було отримано в 2010 році вченими з Канади. Тому, за словами Артюхова, карбін може бути використаний як компонент різних складних наносистем. "Він міг би служити "нанотросом" або "наностержнем" (залежно від довжини), а також "кабелем", що проводить або напівпровідниковим, - говорить учений.
Незважаючи на його унікальну механічну міцність, карбін навряд можна буде використовувати для створення надміцних макроскопічних тросів, наприклад для "космічних ліфтів".
"Справа в тому, що міцність матеріалу завжди визначається не найсильнішою, а навпаки - найслабшою "ланкою" в ній. У вуглецевих волокнах це - з'єднання між графітовимилистами, у композитах з нанотрубками - контакт між нанотрубкою та матрицею. І скільки не покращуй властивості посилюючих елементів у системі, міцність її залишиться постійною, якщо вони погано пов'язані один з одним», — каже Артюхов.
Зате карбін може стати в нагоді в електроніці — залежно від натягу у нього різко змінюються провідність та оптичний спектр поглинання. "Натягом можна контролювати, до якої довжини хвиль світла матеріал максимально чутливий. Це дуже корисна властивість для оптоелектронних додатків, зокрема у телекомунікаціях", - зазначив учений.