محققان در دانشگاه رایس با استفاده از شبیه سازی کامپیوتری محاسبه کرده اند که carbyne، یک زنجیره monodimensional از اتم های کربن، دو برابر قوی تر از نانولوله های کربنی و سه برابر سخت تر از الماس می باشد. اگر یافته های آن ها صحیح باشد و چالش های ناشی از ساخت آن برطرف شود سپس carbyne می تواند به عنوان یک ماده فوق العاده مفید برای طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی به اثبات برسد.
کربن با نامی دیگرهمانطور که ممکن است از کلاس های شیمی آلی خود به یاد داشته باشید، یکی از عوامل اصلی که باعث خاص بودن کربن می شود، توانایی آن در پیوند آسان با اتم ها از جمله خود آن در اشکال مختلف می باشد. حتی سرهم بندی اتم های کربن می تواند در اشکال مختلف (چندشکلی یا آلوتروپ) از کربن اعم از گرافیت و الماس و اخیرا اشکال مصنوعی مانند گلوله های باکی، گرافن و نانولوله های کربنی انجام شود.این اشکال مصنوعی می توانند نتایج شگفت انگیزی هم از نظر استحکام مکانیکی خود و هم برنامه های کاربردی ممکن، مانند در الکترونیک نسل بعدی را ایجاد کنند. پس جای شگفتی نیست که دانشمندان به دنبال کشف چندشکلی های جدید با ویژگی های مشابه و یا شاید حتی برتر از کربن هستند.Carbyne یا کربن استیلن خطی یک آلوتروپ دیگر از کربن می باشد که در یک زنجیره واحد با زنجیره های اتمی واحد و سه گانه ای رشد کرده است. از آنجایی که این یک زنجیره به ضخامت اتم و نه یک صفحه است (مانند گرافن ) و یا یک لوله توخالی (مثل نانولوله های کربنی)، به عنوان یک ماده واقعا یک بعدی در نظر گرفته شده است. دانشمندان از مدت ها بر این باور بوده اند که این ابعاد ممکن است خواص مکانیکی و الکتریکی بی نظیری را به carbyne بدهد.
Carbyne و خواص آنفیزیکدان نظری دانشگاه رایس، بوریس یاکوبسن و تیم او شروع به توصیف مجموعه ای از خواص carbyne با استفاده از اطلاعات موجود از تحقیقات قبلی و ترکیب آن در یک کامپیوتر جهت شبیه سازی افشاندن نور زیاد بر روی خواص این ماده گریزان کرده اند.پس از تایید این که carbyne در دمای اتاق پایدار است، تعامل بسیار پایداری با زنجیره های اتمی carbyne نزدیک انجام شد و محققان فهمیدند که carbyneدارای ویژگی های قابل توجه بی سابقه ای می باشد.
از لحاظ خواص مکانیکی، مقاومت کششی آن و یا توانایی آن در مقاومت در برابر کشش دو برابر گرافن است. با توجه به مدل کامپیوتری، carbyne همچنین دو برابر محکم تر از گرافن و سه برابر محکم تر از الماس می باشد و جالب توجه است که استحکام پیچشی carbyne را می توان با اتصال مولکول های مناسب در پایان هر زنجیره کربن اصلاح کرد.به گفته یاکوبسن، carbyne همچنین دارای برخی از ویژگی های الکتریکی بسیار جالب و منحصر به فرد است. مولکول ها می توانند به انتهای هر زنجیره جهت مناسب ساختن آن ها برای ذخیره سازی انرژی متصل شوند، این شکاف نواری است و یک خاصیت الکتریکی مهم می باشد که هدایت الکتریکی آن را تعیین می کند و می تواند از 3.2 تا 4.4 الکترون ولت تنها با کشش مواد به میزان ده درصد بسط یابد و درنهایت هنگامی که به اندازه 90 درجه چرخیده شود، carbyne همچنین به یک نیمه هادی مغناطیسی تبدیل می شود.
گام بعدی چیست؟اگر این پیش بینی ها درست باشد، پس تطبیق پذیری carbyneمی تواند روزی منجر به پیشرفت های مهم در زمینه های مختلف از طراحی نانوالکترونیک و اسپینترونیک گرفته تا ساخت قطعات مکانیکی با عملکرد بسیار بالا شود.متاسفانه دانستن خواص آن ها و توانایی کنترلشان دو مشکل بسیار متمایز هستند. در حالی که carbyne در گرد و غبار بین ستاره ای و گرافیت فشرده شناسایی شده، خود را برای بازسازی در محیط آزمایشگاهی بسیار چالش برانگیز نشان داده است (محققان تنها موفق به ایجاد زنجیره های بسیار کوچکی از 44 اتم شدند). اما حداقل مطالعاتی همچون این ممکن است موجب تشویق سرمایه گذاری های بیشتر در جهت حل مشکلات عملی ساخت زنجیره های طولانی تری carbyne شود.یاکوبسن و همکارانش اکنون می گویند که به بررسی دقیق تری بر هدایت carbyneمی پردازند و به خصوص بر روی ارتباط بین پیچش و شکاف نواری آن تمرکز می کنند. کار آینده آن ها همچنین شامل یافتن این است که آیا دیگر عناصر جدول تناوبی نیز قادر به تشکیل زنجیره های چندبعدی مشابه هستند.
مقاله ای از شرح این مواد در شماره اخیر ژورنال ACS Nano به چاپ رسیده است. منبع : gizmag