Återgivning av nanotrådar av kol som föreslagits av karakteriseringstekniker. Bruna sfärer, kol; blå sfärer, väte. Återgivningen överlagras på en transmissionselektronmikroskopibild av kolnanotrådarna. Bilden visar ränder vid en separation av 6,4 Å, sträcker sig över tiotals nanometer. Denna modell överensstämmer med röntgen- och neutronspridningsdata samt beräkningssimuleringar. Kredit:Professor J.V. Badding
Ett nytt kolnanomaterial – den tunnaste möjliga endimensionella tråden som fortfarande har en diamantliknande struktur – skapades av den kontrollerade, långsam komprimering och dekompression av bensen. Den diamantliknande strukturella enheten består av sexsidiga ringar av kolatomer bundna tillsammans i kedjor omgivna av en halo av väteatomer.
Baserat på beräkningsstudier, jämfört med konventionella kolnanorör, de nanotrådar som produceras med denna metod kan ha enastående mekaniska och elektroniska egenskaper. Syntesmetoden som utvecklats i detta arbete öppnar för möjliga variationer, såsom tvärbindning eller kemisk funktionalisering (att lägga till atomer eller små molekyler till kolnanotråden som ändrar dess funktion). Dessa variationer kan leda till design och beredning av material som för närvarande är okänt eller omöjligt att göra med hjälp av befintliga tekniker.
Kolnanomaterial som fullerener, nanorör, och grafen har enastående fysikaliska egenskaper förknippade med deras låga dimensionalitet och grafitliknande kemiska bindning. Genombrottsupptäckten är syntesen av endimensionell, nanotrådar i kol med diamantliknande bindning endast 0,6 nanometer i diameter. Beräkningsmodellering tyder på att dessa nanotrådar kan vara starkare än kolnanorör eller konventionella höghållfasta polymerer och även extremt styva.
De syntetiseras i makroskopiska mängder genom långsam dekompression av bensen som fryses vid höga tryck och bringas till omgivningsförhållanden. I motsats till den höga temperaturen, gasfassyntes som används för konventionella nanorör, kinetisk kemisk kontroll som används i organisk kemi används för syntes av nanotrådarna. Det kan vara möjligt att syntetisera en hel familj av diamantformade nanotrådmaterial, även med tvärbindning mellan trådar, eller med extra kemisk funktionalitet, genom detta kemiska tillvägagångssätt, vilket är potentiellt mer mångsidigt än svårkontrollerade gasfasmetoder.
Med hjälp av tillverkningstekniker utvecklade utifrån detta genombrott, det kan vara möjligt att producera lättvikts, ultrahöghållfasta fibrer för användning i olika konstruktionsmaterial i transportsystem och på andra håll. Kinetisk kemisk syntes kan också tillåta nanotrådar med blandade diamant- och grafitliknande bindningar som kan ha användbara halvledande egenskaper.
