原子厚的Carbyne Nanorods可能是最强的材料

赖斯大学研究人员已经决定了克利比克是最强大的材料。碳原子链难以使但是将是二维石墨烯片的两倍。Vasilii Artyukhov / Yakobson Group的图表

在一个新出版的论文中，赖斯大学的理论物理学家计算出原子厚的卡比链将是最强大的材料，比石墨烯更强，如果可以制造。

如果有人可以批量制作，Carbyne将是一类新的微观材料。

如果他们这样做，他们会发现Carbyne Nanorods或纳米孔具有一系列显着和有用的性质，如赖斯大学理论物理学博士雅库森及其小组的新纸上所述。本文本周出现在美国化学学会杂志ACS Nano。

Carbyne是一系列由双或交替的单个和三重原子键一起保持在一起的碳原子。这使其成为真正的一维材料，与具有顶部和外部的顶部和底部或中空纳米管的原子薄片状材料不同的一维材料。

根据Yakobson及其小组从计算中汲取的肖像：

Carbyne的抗拉强度 - 耐受伸展的能力 - 超越“任何其他已知材料的能力”，并且是石墨烯的双倍。（科学家已经计算出来，铅笔上的大象将突破一片石墨烯。）它具有两倍的石墨烯和碳纳米管的拉伸刚度，近三倍的金刚石。千分之一少至10％的速度变化电子带隙显着。如果以两端配备分子手柄，也可以扭曲以改变其带隙。通过90度的端到端旋转，它变成磁半导体。肉豆蔻链可以占据可以使适合能量存储的链的侧分子。在室温下稳定，大部分抵抗附近链的交联。

Yakobson说，这是一系列简单的碳原子的卓越品质。

根据水稻大学的新计算，碳原子链的纳米孔或碳原子链，碳原子链，甚至是金刚石，甚至是钻石。理论物理学家Boris Yakobson表示，该材料可能会在电子产品和储能中找到使用。Vasilii Artyukhov / Yakobson Group的图表

“你可以将其视为最终的石墨烯色带，减少到一个原子，或最终薄的纳米管，”他说。它可以对纳米机械系统，在旋转式设备中，作为传感器，作为机械应用的强大和轻质材料或能量存储。

“无论应用程序如何，”他说，“学术上，了解最强大的原子组装非常令人兴奋。”

基于计算，他说Carbyne可能是稳定碳的最高能量状态。“人们通常会寻找所谓的”地面“，原子的最低能量配置，”Yakobson说。“对于碳，这将是石墨，其次是金刚石，然后是纳米管，然后是富勒烯。但没有人询问最高能量配置。我们认为这可能是它，可能是最高能量的稳定结构。“

关于Carbyne的理论首次出现在19世纪，1960年首次在USSR中合成了材料的近似值。由于在压缩石墨中看到了克拉克，已在星际灰尘中检测到，并通过实验主义者少量创造。

“我一直对最终薄的东西的稳定性感兴趣，以及你可以从给定的化学品中做出的棒，”Yakobson说。“我们在10年前有一篇论文关于硅，我们探讨了硅纳米线发生的事情，因为它变薄。对我来说，这只是一个问题的一部分。“

Mingjie Liu和Postdoctoral研究员Vasilii Artyukhov领导的赖斯研究人员都知道一些描述一个物业或其他卡布恩的论文。他们使用一流的规则向Carbyne进行了详细信息，用一项原则规则来确定原子的能量相互作用，Artyukhov表示。

“我们的目的是把它整合在一起，建造一个完整的Carbyne作为材料的机械照片，”Artyukhov说。“被观察到的事实告诉我们它在紧张局势下稳定，至少是因为否则它会崩溃。”

Yakobson表示，研究人员惊讶地发现Carbyne的乐队差距对扭曲如此敏感。“如果您能找到一种方法来将其扭转到扭曲的东西，它将作为扭转或磁场的传感器有用。”“我们没有特别寻找这一点;它作为一份侧面产品。“

“这是关于仔细研究事物的好处，”Artyukhov说。

另一个非常兴趣的发现是能量屏障，使邻近的速滑链上的原子互相倒塌。“当你在谈论理论物质时，你总是需要小心看它会与自己反应，”Artyukhov说。“这从未为Carbyne调查过。”

他说，文学似乎表明了Carbyne“不稳定并且形成石墨或烟灰”。

相反，研究人员在单独的串上发现碳原子可以在一个地方克服屏障，但是杆的刚度会阻止它们在第二位置中聚集在一起，至少在室温下。“他们看起来像蝴蝶翅膀，”artyukhov说。

“捆绑可以互相坚持，但它们不会完全崩溃，”雅库逊补充道。“这可能是一个高度多孔的随机网，可能适合吸附。”Artyukhov表示，石油公司的标称特定区域大约是石墨烯的五倍。

当今年夏天在Arxiv获得球队的纸张时，科学出版社甚至一些受欢迎的新闻界都在对他们提交的纸张上拾取的计算中非常兴奋，并且在团队提交对同行评审之前的影响。现在，完整的论文已准备好用于公共消费，研究人员表示他们将在新的方向上进行调查。

他们正在仔细看看Carbyne的电导率并正在考虑其他元素。“我们谈到了经过周期表中的不同元素，看看其中一些是否可以形成一维链，”Yakobson说。

Fangbo Xu和前博士后研究员Hoonkyung Lee，韩国Konkuk大学教授是本文的共同作者。Yakobson是大米的卡尔F. Hasselmann机械工程和材料科学教授，化学教授和理查德E. Smalley纳米级科学技术研究所的成员。

科学研究和Welch基金会的空军办公室支持了这项研究。在国家科学基金会支持的Davinci超级计算机上进行了计算，由Rice的Ken Kennedy信息技术研究所管理。

出版物：Mingjie Liu，等，“来自第一个原则的Carbyne：C原子链，纳米棒或纳米镜，“ACS Nano”，2013; DOI：10.1021 / NN404177R.

研究报告的PDF副本：来自第一个原则的卡利恩：C原子链，纳米棒或纳米镜链？

图片：Vasilii Artyukhov / Yakobson Group