(Phys.org) —Carbyne blir den starkaste av en ny klass av mikroskopiska material om och när någon kan göra det i bulk.

Om de gör det, de kommer att hitta carbyne nanoroder eller nanoroper har en mängd anmärkningsvärda och användbara egenskaper, som beskrivs i en ny uppsats av Rice University teoretiska fysiker Boris Yakobson och hans grupp. Tidningen visas i veckan i American Chemical Society journal ACS Nano .

Carbyne är en kedja av kolatomer som hålls samman av antingen dubbla eller alternerande enkel- och trippelatombindningar. Det gör det till ett sant endimensionellt material, till skillnad från atom-tunna ark av grafen som har en topp och en botten eller ihåliga nanorör som har en insida och utsida.

Enligt porträttet från beräkningar av Yakobson och hans grupp:

• Carbynes draghållfasthet - förmågan att motstå sträckning - överträffar "vad som helst av annat känt material" och är dubbelt så mycket som grafen. (Forskare hade redan beräknat att det skulle ta en elefant på en penna att bryta igenom ett ark grafen.)
• Den har dubbelt så stor draghållfasthet som grafen och kolnanorör och nästan tre gånger diamantens.
• Att sträcka ut karbinen så lite som 10 procent förändrar dess elektroniska bandgap betydligt.
• Om de är utrustade med molekylära handtag i ändarna, den kan också vridas för att ändra bandgapet. Med en 90-graders end-to-end rotation, det blir en magnetisk halvledare.
• Carbyne -kedjor kan ta på sig sidmolekyler som kan göra kedjorna lämpliga för energilagring.
• Materialet är stabilt vid rumstemperatur, till stor del motstå tvärbindningar med närliggande kedjor.

Det är en anmärkningsvärd uppsättning kvaliteter för en enkel sträng kolatomer, Sa Yakobson.

"Du kan se det som ett ytterst tunt grafenband, reducerad till bara en atom, eller en ytterst tunn nanorör, "sa han. Det kan vara användbart för nanomekaniska system, i spintronic -enheter, som sensorer, som starka och lätta material för mekaniska tillämpningar eller för energilagring.

"Oavsett applikationer, " han sa, "akademiskt, Det är väldigt spännande att känna den starkaste möjliga sammansättningen av atomer. "

Baserat på beräkningarna, han sa att carbyne kan vara det högsta energitillståndet för stabilt kol. "Folk brukar leta efter det som kallas" grundtillstånd, 'den lägsta möjliga energikonfigurationen för atomer, "Sa Yakobson." För kol, det skulle vara grafit, följt av diamant, sedan nanorör, sedan fullerener. Men ingen frågar om den högsta energikonfigurationen. Vi tror att detta kan vara det, en stabil struktur med högsta möjliga energi. "

Teorier om carbyne dök upp första gången på 1800 -talet, och en approximation av materialet syntetiserades först i Sovjetunionen 1960. Carbyne har sedan dess setts i komprimerad grafit, har upptäckts i interstellärt damm och har skapats i små mängder av experimentalister.

"Jag har alltid varit intresserad av stabiliteten i slutligen tunna trådar av vad som helst och hur tunn en stav du kan göra av en given kemikalie, "Sa Yakobson." Vi hade ett papper för tio år sedan om kisel där vi undersökte vad som händer med kisel -nanotråd när det blir tunnare. Till mig, detta var bara en del av samma fråga. "

Risforskarna, ledd av Rice -doktoranden Mingjie Liu och postdoktor Vasilii Artyukhov, var medvetna om ett antal papper som beskrev en eller annan fastighet av carbyne. De bestämde sig för att detaljera karbin med datormodeller med hjälp av första principregler för att bestämma atoms energiska interaktioner, Sa Artyukhov.

"Vår avsikt var att sätta ihop allt, att konstruera en fullständig mekanisk bild av carbyne som material, "Sade Artyukhov." Det faktum att det har observerats säger oss att det är stabilt under spänning, åtminstone, för annars skulle det bara gå sönder. "

Yakobson sa att forskarna blev förvånade över att upptäcka att bandgapet i carbyne var så känsligt för vridningar. "Det kommer att vara användbart som en sensor för torsion eller magnetfält, om du kan hitta ett sätt att fästa det på något som får det att vridas, "sa han." Vi letade inte efter det här, specifikt; det kom upp som en sidoprodukt. "

"Det är det som är bra med att studera saker noggrant, "Sa Artyukhov.

En annan upptäckt av stort intresse var energibarriären som hindrar atomer på intilliggande karbinkedjor från att kollapsa i varandra. "När du pratar om teoretiskt material, du måste alltid vara försiktig för att se om det kommer att reagera med sig själv, "Artyukhov sa." Detta har aldrig riktigt undersökts för carbyne. "

Litteraturen tycktes indikera att carbyne "inte var stabil och skulle bilda grafit eller sot, " han sa.

Istället, forskarna fann kolatomer på separata strängar kan övervinna barriären på en plats, men stavarnas styvhet skulle hindra dem från att samlas på en andra plats, åtminstone vid rumstemperatur. "De skulle se ut som fjärilsvingar, "Sa Artyukhov.

"Paket kan hålla sig till varandra, men de skulle inte kollapsa helt, "Tillade Yakobson." Det kan ge en mycket porös, slumpmässigt nät som kan vara bra för adsorption. "Artyukhov sa att det nominella specifika karbyneområdet är ungefär fem gånger det för grafen.

När lagets papper blev tillgängligt i somras på arXiv, den vetenskapliga pressen och till och med några av den populära pressen var så glada över beräkningarna att de tog upp tidningen och dess konsekvenser innan teamet lämnade in den för peer review. Nu när hela papperet är klart för offentlig konsumtion, forskarna sa att de kommer att genomföra sin undersökning i nya riktningar.

De tittar mer noggrant på konduktans hos carbyne och tänker också på andra element. "Vi har pratat om att gå igenom olika element i det periodiska systemet för att se om några av dem kan bilda endimensionella kedjor, "Sa Yakobson.