Теоретически, карбин в 40 раз прочнее алмаза


Углерод очень разнообразен в своих модификациях. Известны многие аллотропы углерода, которые обладают уникальными свойствами: алмаз, графен, фуллерен и т.д., всего около десятка аллотропов. Но во всём этом многообразии было одно исключение — карбин. Эта аллотропная форма состоит из углеродных фрагментов с тройной –С≡С– связью.

Карбин никак не удавалось синтезировать, хотя свойства этого материала изучают очень давно. Причина неудач в том, что карбин исключительно нестабилен.

Терпя неудачу за неудачей, учёные рассуждали, что некоторые механические свойства карбина должны превосходить свойства всех известных аллотропов углерода. Предполагалось, что его механическая жёсткость в 2 раза больше, чем у графена; прочность — в 40 раз больше, чем у алмаза; предел прочности на разрыв тоже больше, чем у любой формы углерода. Ну, а другие учёные считали, что стабильной формы карбина вообще не существует.

Теперь в этом споре поставлена точка. Сверхдлинную 1D-молекулу карбина мы видим прямо на фотографии (по центру нанотрубки).



Международная группа учёных впервые нашла способ массового производства стабильного карбина. Под «массовым производством» подразуме��ается составление цепочек атомов большой длины, которые сохраняют стабильность.

Для производства материала взяли два слоя графена, сжали их вместе и скрутили в тонкие углеродные нанотрубки с двойной стенкой. Эти нанотрубки окружают 1D-молекулу карбина и защищают её от неминуемой дезинтеграции.



До сегодняшнего дня максимальное количество атомов углерода в одной непрерывной цепи было 100 (2003 год). Теперь рекорд побит, и очень существенно: новый метод позволил составить цепочку из 6400 атомов, и это не предел.

Кроме того, с удлинением цепочки улучшались электрические свойства карбина. Это значит, что учёные получат материал для интересных экспериментов.

Статья «Замкнутые линейные углеродные цепи как путь к массовому производству карбина» опубликована в журнале Nature Materials (doi:10.1038/nmat4617; pdf).

Приятно, что в опубликованной статье есть несколько ссылок на работы отечественных учёных, в том числе на статью в журнале «Природа» от 1969 года, где советские физики Сладков и Кудрявцев описывали свойства алмаза, графита и карбина как аллотропных форм углерода.

Нужно заметить, что Нобелевские премии по физике недавно присуждали за фундаментальные работы по другим аллотропным формам углерода: фуллерену (1996) и графену (2010), так что синтез карбина — это ценная задача для учёных.