Новини науки

Группа физика-теоретика Бориса Якобсона из Университета Райса обнаружила самый прочный и самый твердый на Земле материал. Это карбин – такой же гипотетический материал, каким когда-то был графен; это одномерная цепочка атомов углерода, связанных между собой. Статья о работе группы Якобсона выходит на этой неделе в журнале Американского химического общества ACS Nano.

Как и о графене, о карбине говорят давно. Фактически первый раз о нем заговорили еще в XIX веке. В 1962 году советскому химику Алексею Сладкову из ИНЭОС АН СССР удалось получить то, что он называл карбином, но что, по мнению Якобсона, на самом деле было лишь приближением к нему. Это был черный порошок, линейный полимер углерода, состоящий из параллельно уложенных углеродных цепочек. Но цепочки были именно карбиновыми – атомы углерода в них были соединены между собой либо двойными, либо одинарными и тройными связями.

Группа Якобсона, собрав все имеющиеся данные о карбине, промоделировала их на компьютере, пытаясь понять энергию этих связей. «Обычно говорят об основном, то есть самом низком возможном энергетическом состоянии, – говорит Якобсон. – В этих терминах оно самое низкое у графита, затем идет алмаз, затем нанотрубки, потом фуллерены. И никто не спрашивает, у какой стабильной структуры оно самое высокое. По нашим расчетам, это карбин».

Ученые заявляют, что по прочности он в два раза превосходит графен. А ведь подсчитано, что для того, чтобы проткнуть графеновую пленку карандашом, нужно, чтобы на карандаше стоял слон. Он также дважды превосходит графен и нанотрубки по прочности на разрыв и почти в три раза «неразрывней» алмаза. Он поддается растягиванию, при этом его полупроводниковые свойства – так называемая ширина запрещенной зоны – меняются на 10%, то есть весьма значительно. И, что весьма важно для будущих наносенсоров, ширина запрещенной зоны крайне чувствительна к изгибу. Несмотря на распространенное мнение о том, что карбин нестабилен и легко переходит в графит или сажу, материал теоретически проявил высокую стабильность, и при комнатной температуре углеродные цепочки сопротивляются соединению с соседними цепочками.

Карбин, как и графен, – материал будущего. Он найдет применение в наномеханических устройствах, в различных наносенсорах; изучение свойств этого наполовину гипотетического материала по-настоящему только начинается. А группа Якобсона смотрит дальше и хочет пройтись по другим химическим элементам, из которых тоже можно составить одномерные цепочки.