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世界最强韧材料碳炔可批量生产:强度超钻石40倍

石墨烯结构内部示意图。研究人员采用双层壁碳纳米管来生成稳定的碳链,其长度也创下新的记录。

石墨烯结构内部示意图

  英国《每日邮报》报道,在问世50多年之后,终于有研究团队找到了批量生产碳炔(carbyne)的方法。碳炔相当于碳的一维形式——由碳原子聚集在一起形成的链,被认为是世界上最强韧的材料,强度超过钻石40倍。

  在新的方法中,研究人员采用双层壁碳纳米管来生成稳定的碳链,其长度也创下新的记录。1885年,德国化学家阿道夫·冯·拜尔(Adolf von Baeyer)首次提出了碳炔的概念,他描述了线性炔碳——或者说无限长度的碳链——的存在,并将其称为“carbyne”。不过,他同时指出该材料会非常难以获得,因为它极其不稳定。

在托马斯·皮希勒(Thomas Pichler)的领导下,来自维也纳大学的研究团队开发出了一种新方法,能批量生产出由超过6400个碳原子组成的碳链。在此之前,一条碳链的长度记录只有约100个碳原子。

  在托马斯·皮希勒(Thomas Pichler)的领导下,来自维也纳大学的研究团队开发出了一种新方法,能批量生产出由超过6400个碳原子组成的碳链。在此之前,一条碳链的长度记录只有约100个碳原子。

  为了达到这一新的长度,研究者制造了双层壁纳米管,由两层石墨烯环绕组成。这些纳米管提供了稳定的环境,使超长碳链得以生成,长度比此前碳链长50倍以上。论文第一作者石磊说:“密闭条件下超长线性碳链——比目前已知的最长碳链提高了两个数量级——的直接实验证据,是最终揭开真正一维的碳同素异形物奥秘的一大跨越。”

  碳炔比钻石的强度高40倍,是石墨烯强度的两倍,比其他所有碳材料都要强韧。研究者称,这样一种材料在未来超高强度设备的发展中将有很重要的用途。

  “这项工作还提供了一个很好的例子,为了揭开并控制低维度碳基材料的电学和机械特性,在实验和理论之间可以进行非常高效和成果丰富的合作,”研究者安杰尔·卢比奥(Angel Rubio)说,“该方法将合成出迄今为止最长的碳链,并对其进行定性。对于涉及密闭几何体内的电子相关和量子力学相转变等试验性研究,这些发现提供了试验的基础。”

  为了证实碳链的存在,研究者采用了不同的光谱学和X射线散射技术。他们发现,碳链不仅在这些条件下可以稳定存在,而且其电学特性取决于碳链的长度。“此外,碳炔的机械和电学特性是非常特别的,”卢比奥说,“意味着纳米电子以及光机械设备设计时可以有大量的新的可能性。”

文  新浪科技(任天)

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