14 апреля 2016 в 21:06

Первое прямое доказательство стабильного карбина — самого прочного материала в мире

Теоретически, карбин в 40 раз прочнее алмаза


Углерод очень разнообразен в своих модификациях. Известны многие аллотропы углерода, которые обладают уникальными свойствами: алмаз, графен, фуллерен и т.д., всего около десятка аллотропов. Но во всём этом многообразии было одно исключение — карбин. Эта аллотропная форма состоит из углеродных фрагментов с тройной –С≡С– связью.

Карбин никак не удавалось синтезировать, хотя свойства этого материала изучают очень давно. Причина неудач в том, что карбин исключительно нестабилен.

Терпя неудачу за неудачей, учёные рассуждали, что некоторые механические свойства карбина должны превосходить свойства всех известных аллотропов углерода. Предполагалось, что его механическая жёсткость в 2 раза больше, чем у графена; прочность — в 40 раз больше, чем у алмаза; предел прочности на разрыв тоже больше, чем у любой формы углерода. Ну, а другие учёные считали, что стабильной формы карбина вообще не существует.

Теперь в этом споре поставлена точка. Сверхдлинную 1D-молекулу карбина мы видим прямо на фотографии (по центру нанотрубки).



Международная группа учёных впервые нашла способ массового производства стабильного карбина. Под «массовым производством» подразумевается составление цепочек атомов большой длины, которые сохраняют стабильность.

Для производства материала взяли два слоя графена, сжали их вместе и скрутили в тонкие углеродные нанотрубки с двойной стенкой. Эти нанотрубки окружают 1D-молекулу карбина и защищают её от неминуемой дезинтеграции.



До сегодняшнего дня максимальное количество атомов углерода в одной непрерывной цепи было 100 (2003 год). Теперь рекорд побит, и очень существенно: новый метод позволил составить цепочку из 6400 атомов, и это не предел.

Кроме того, с удлинением цепочки улучшались электрические свойства карбина. Это значит, что учёные получат материал для интересных экспериментов.

Статья «Замкнутые линейные углеродные цепи как путь к массовому производству карбина» опубликована в журнале Nature Materials (doi:10.1038/nmat4617; pdf).

Приятно, что в опубликованной статье есть несколько ссылок на работы отечественных учёных, в том числе на статью в журнале «Природа» от 1969 года, где советские физики Сладков и Кудрявцев описывали свойства алмаза, графита и карбина как аллотропных форм углерода.

Нужно заметить, что Нобелевские премии по физике недавно присуждали за фундаментальные работы по другим аллотропным формам углерода: фуллерену (1996) и графену (2010), так что синтез карбина — это ценная задача для учёных.
Анатолий Ализар @alizar
карма
667,3
рейтинг 408,2
Редактор
Самое читаемое

Комментарии (40)

  • +7
    Космический лифт становится ближе…
    • 0
      Главный недостаток космического лифта (пересечение орбит всех спутников) никуда не денется даже после создания материала необходимой прочности.
      • 0
        А разве обязательно его вешать прям совсем на экваторе? В других широтах понадобится больше материалов, но он всё равно будет работать.
        • 0
          (комментарий был удален)
        • 0
          А что это изменит?
          Ну можно будет оставить те спутники, плоскость орбиты которых находится вблизи плоскости экватора. Я почти уверен, что если исключить геостационарные, речь пойдет о тысячных долях процента, и даже, если не исключать, то и процента не наберется.
      • 0
        ради дешевого (порядок или два меньше чем сейчас) вывода на орбиту грузов, мешающие спутники подвинутся.
        • 0
          Вы шутите?
          Мешаются почти все спутники.
          И куда, кстати, они подвинутся? на орбиты повыше?
          А как? На своих двигателях?
          А топливом из будет снабжать орбитальный дозаправщик?
          • 0
            Вы болтаете ради болтовни — сдвиг спутников инженерная задача, решается достаточно просто, хотя и возможно дорого,… проблему могут создать пожалуй разрушенные спутники, из тысячи осколков.

            p.s. Космический лифт не стационарная постройка, она двигается в любом направлении как со стороны земли так и со стороны в космосе.
            • 0
              Все орбиты пересекают плоскость экватора или находятся в ней. Подумайте над этим.
              • 0
                да да, и как часто?
                • 0
                  На каждом витке, разумеется. Дважды.
                  • 0
                    Дело в том, что центр тяжести Земли находится в плоскости экватора, а так же он находится в плоскости всех земных орбит, так уж устроена небесная механика.
                  • 0
                    спасибо конечно за ликбез, я хотел намекнуть… как часто они будут встречаться с космическим лифтом, это же ведь не плоскость а нить.
                    p.s. планета кривая, орбиты чуть чуть не в синхроне,… везде будет какое то смещение +- тысячи километров.
                    • 0
                      Никак не реже, чем в случае МКС, скорее всего, по нескольку раз в сутки, то есть временный выход из строя системы маневрирования даже на несколько часов может быть фатально опасен для лифта.
                    • 0
                      P.S. И всё-таки, куда же вы переведёте спутники?
  • +4
    Всё-таки прочнее или твёрже алмаза в 40 раз? По прочности-то алмаз не особо. Хрупкий он.
    • 0
      Именно прочнее. Трудно проверять одномерную молекулу на твёрдость. Только в отличие от алмаза, который тестируют на сжатие, здесь, судя по всему, тестировали на растяжение.
      • +4
        Это совершенно разные величины тогда. Прочность на разрыв и твердость.
        • +1
          Не совсем так. Твёрдость достаточно хорошо коррелирует с прочностью, но хрупкие тела работают на сжатие лучше, чем на растяжение. Для пластичных тел (металлов) можно принимать что прочность на растяжение и сжатие равны.
  • +3
    Из описанного следует, что «самым прочным материалом в мире» является пара атомов углерода с тройной связью. Оставшаяся одинарная связь прекрасно рвётся на растяжение.

    Если заглянуть в Википедию (даже русскую), можно увидеть, что карбин

    Состоит из углеродных фрагментов с тройной –С≡С–С≡С–, или двойной кумулированной =С=С=С=С= связью.


    Так что скорее второе, нежели первое.
    • –1
      не то и не другое=) тут как в бензоле образуется общее пи облако.
      • 0
        Я уж было и сам так подумал, но в той же статье написано:

        Итак, были получены две формы линейного углерода: полииновая (–С≡С–)n, или α-карбин, и поликумуленовая (=С=С=)n, или β-карбин. Авторами открытия было проведено детальное исследование структуры карбина различными методами, изучены его термодинамические и электрофизические свойства.


        При этом утверждается, что разные формы карбина по-разному реагируют на озонирование.
        • +1
          там есть некоторые особенности с углом поворота пи облаков, в результате возможных форм существования карбина куда больше 2 штук.
  • +1
    Удавка, как у якудза из «Джонни Мнемоник».
    • 0
      Спасибо, я как раз думал что посмотреть.
    • 0
      там, еще что-то было. нельзя же свечение списывать на уровень спецэффектов того времени. :-)
      • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
    • 0
      Кажется, там был протонный нож в ногте. Или ещё какая удавка имелась в виду?
      • 0
        Гибкая хрень, какая-то прочная тонкая нить. Использовалась и как удавка (вроде как голову сразу того) и как плеть-резалка. Но оно еще и светилось (от нагрева, очевидно), как выше заметили.
        • +2
          в книге Гибсона она упоминалась как «мономолекулярная нить».
          • 0
            Ещё такое у Гаррисона в Стальной крысе много раз упоминалось.
  • +2
    У меня не укладывается в голове: как нестабильность карбина сочетается с высокой прочностью? Если он сам быстро разваливается, как он может выдерживать большие нагрузки на разрыв?
    • +2
      Разваливается поперек( атомы уходят под действием броуновского движения). Прочен вдоль связей.
    • +2
      Химически нестабилен (соседние нити сшиваются в момент синтеза, поэтому пришлось помещать в «трубу»), а прочен механически.
  • 0
    Это все на уровне ученых и т.д. Мне вот интересно Когда Графен войдет в быт… уж очень сильный скачек должен быть в разных направлениях.
  • 0
    Погодите, это фотографии отдельных атомов? Но как!?
    • 0
      TEM =)
    • 0
      Примерно вот так http://www.jeolusa.com/PRODUCTS/Transmission-Electron-Microscopes-TEM/200-kV/JEM-ARM200F
  • 0
    А как обычно? Электронным микроскопом.
  • 0
    ----Теоретически, карбин в 40 раз прочнее алмаза

    Извините, но это сравнивание мягкого и теплого.

    Алмаз твердый и хрупкий
    Карбин прочный и нетвердый

Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.