Шестой элемент таблицы Менделеева, углерод, подарил миру множество необычных материалов. Помимо широко известных форм углерода — графита и алмаза, ученые добавили в эту коллекцию другие его аллотропы: фуллерены, углеродные нанотрубки и множество экзотических модификаций на основе листов графена. Уникальные структурные, электрические и оптические свойства последних имеют широкий спектр потенциальных применений в композиционных материалах и наноэлектронике. Интересным представителем углеродного семейства является карбин ‒одномерная модификация C-атомов.
Теоретически существование цепочечной одномерной (1D) формы углерода ‒ карбина было предсказано еще в конце 19 века. Астрономы обнаружили признаки его присутствия в межзвездной пыли и веществе метеоритов. Предполагалось, что карбин может образовываться естественным путем и при ударном сжатии графита. Однако детально исследовать свойства карбина было затруднительно ввиду его химической активности и крайней нестабильности в условиях окружающей среды.
Недавно большая международная группа учёных, состоящая главным образом из исследователей Вены, впервые наладила стабильное получение карбина. Для производства материала выполнили виртуозную работу ‒ они сумели поместить 1D-молекулу sp1 гибридизированных С-атомов карбина в тонкие двустенные углеродные нанотрубки. Эти нанотрубки окружают карбин (см. рис. ниже) и защищают его от разрушения. Сам синтез проходил при нагреве образца до температур порядка 1460°C в условиях высокого вакуума.
Линейная структура молекулы карбина (красные атомы) внутри двустенных нанотрубок углерода. Рисунки Lei Shi, Faculty of Physics, University of Viena
Надежность интерпретации продуктов синтеза подтверждена методами высокоразрешающей просвечивающей электронной микроскопии, рентгеновской дифракции и рамановской спектроскопии.
Авторы работы, возглавляемые д-ром Thomas Pichlerу, установили, что электрические свойства «захваченного» карбина зависят от длины молекулы, а его прочность в любом случае существенно превышает таковую для алмаза и графена. Таким образом, на сегодняшний день карбин является самым прочным материалом в мире.
До работы группы Томаса Пишлера максимальное количество атомов углерода в одной одномерной непрерывной цепи было равно 100 (2003г.). Теперь рекорд побит, и очень существенно: новый метод позволил составить цепочку из 6400 атомов, и это не предел.
«Наши результаты создают предпосылки для массового синтеза исключительно длинных и стабильных цепей, состоящих из более чем 6000 атомов углерода, являющихся «элегантной предтечей» конечной цели ‒ массового производства карбина»,‒ сообщают авторы публикации в резюме к своей статье.
Статья «Confined linear carbon chains as a route to bulk carbine». Lei Shi, Philip Rohringer, Kazu Suenaga, Yoshiko Niimi, et al, опубликована в журнале Nature Materials ‒doi:10.1038/nmat4617; кратко о результатах работы сообщает пресс-релиз Университета Вены.
P.S. Приятно отметить, что в рассматриваемой статье есть несколько ссылок на пионерные работы отечественных учёных, в том числе на статью в журнале «Природа» от 1969 года, где советские химики Алексей Михайлович Сладков и Юрий Павлович Кудрявцев описывали свойства алмаза, графита и карбина как аллотропных форм углерода.
Нужно заметить, что Нобелевские премии по физике в последнее время присуждали за фундаментальные работы по другим аллотропным формам углерода: фуллерену (1996) и графену (2010), так что карбин может представлять собой следующий «нобелевский приз» для учёных «углеродоведов».
Центр перспективного развития ВСЕГЕИ
Источник(и): https://geektimes.ru/post/274350/
https://lenta.ru/news/2016/04/14/carbyne/
http://medienportal.univie.ac.at/presse/aktuelle-pressemeldungen/detailansicht/artikel/unraveling-truly-one-dimensional-carbon-solids/
http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat4617.html
Сладков А.М., Кудрявцев Ю.П. Алмаз, графит, карбин – аллотропные формы углерода. Природа, 1969, № 5, с. 37-44.
Сладков А.М., Касаточкин В.И., Коршак В.В., Кудрявцев Ю.П. Диплом на открытие № 107. Бюлл. изобрет., 1972, № 6.
