中國(guó)粉體網(wǎng)8月19日訊 碳元素再次為人們帶來(lái)了驚喜。據(jù)《MIT技術(shù)評(píng)論》雜志網(wǎng)站8月16日?qǐng)?bào)道，美國(guó)萊斯大學(xué)的科學(xué)家日前通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，一種新形式的碳具有極高的強(qiáng)度和硬度，甚至超過(guò)了久負(fù)盛名的石墨烯和鉆石。相關(guān)論文已經(jīng)發(fā)表在著名的科學(xué)論文預(yù)印本網(wǎng)站arXiv上。
碳是地球上分布范圍很廣的一種元素，以多種不同形式存在著。最早我們知道有碳、石墨和金剛石，后又相繼加入了巴基球、碳納米管和石墨烯。這種新材料被稱為碳炔，也是碳的一種同素異形體，其身世頗為神秘。
天文學(xué)家一直認(rèn)為他們?cè)谔罩邪l(fā)現(xiàn)過(guò)碳炔的信號(hào)，化學(xué)家則為是否能在地球上合成這種材料爭(zhēng)辯了幾十年。直到幾年前，有人合成出了44個(gè)原子長(zhǎng)的碳炔鏈，才讓這一切歸于平靜。即便如此，科學(xué)家們還是普遍認(rèn)為碳炔極不穩(wěn)定，甚至有些化學(xué)家堅(jiān)稱，兩條碳炔鏈一旦接觸就會(huì)發(fā)生爆炸。然而，出身碳族“名門”的碳炔仍然讓不少科學(xué)家為之著迷，因?yàn)槿藗儾聹y(cè)它一定與其碳族兄弟姐妹一樣具有極高的強(qiáng)度和硬度。但到底有多強(qiáng)多硬卻一直沒有人能給出準(zhǔn)確答案。
這正是此次研究的主題。美國(guó)萊斯大學(xué)的研究人員劉明杰（音譯）和他的團(tuán)隊(duì)通過(guò)計(jì)算揭開了這一謎題。雖然早有準(zhǔn)備，但研究結(jié)果仍然讓他們大吃了一驚。研究發(fā)現(xiàn)碳炔的硬度比目前已知最硬的材料還要大。碳納米管和石墨烯的硬度為4.5×108牛頓米/千克，而碳炔則能達(dá)到109牛頓米/千克。
令人印象深刻的還有碳炔的強(qiáng)度。該材料具有無(wú)與倫比的強(qiáng)度，需要施加10納米牛（nanoNewtons）的外力才能破壞其單鏈結(jié)構(gòu)。如果轉(zhuǎn)化為強(qiáng)度，可達(dá)6.0至7.5×107牛頓米/千克，超過(guò)了石墨烯的4.7至5.5×107牛頓米每/克，碳納米管的4.3至5.0×107牛頓米/千克和金剛石的2.5至6.5×107牛頓米/千克。
此外，碳炔還有一些有趣的性能。其柔韌性與聚合物和雙鏈DNA相似。當(dāng)發(fā)生扭曲時(shí)，其整個(gè)結(jié)構(gòu)可以自由旋轉(zhuǎn)，強(qiáng)度取決于末端化學(xué)組的牢固程度。而最有趣的或許是其穩(wěn)定性。如前所言，新研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩組碳炔鏈接觸時(shí)的確會(huì)發(fā)生反應(yīng)，但存在一個(gè)激活屏障，能夠很容易防止這種情況的發(fā)生。
研究人員稱，新研究再次刷新了科學(xué)家們的想象力，借助碳炔的神奇性能，將制造出更多更強(qiáng)大的納米設(shè)備。隨著技術(shù)的逐漸進(jìn)步，或許很快我們就能讓碳炔非凡的機(jī)械性能在現(xiàn)實(shí)中獲得應(yīng)用。
碳是地球上分布范圍很廣的一種元素，以多種不同形式存在著。最早我們知道有碳、石墨和金剛石，后又相繼加入了巴基球、碳納米管和石墨烯。這種新材料被稱為碳炔，也是碳的一種同素異形體，其身世頗為神秘。
天文學(xué)家一直認(rèn)為他們?cè)谔罩邪l(fā)現(xiàn)過(guò)碳炔的信號(hào)，化學(xué)家則為是否能在地球上合成這種材料爭(zhēng)辯了幾十年。直到幾年前，有人合成出了44個(gè)原子長(zhǎng)的碳炔鏈，才讓這一切歸于平靜。即便如此，科學(xué)家們還是普遍認(rèn)為碳炔極不穩(wěn)定，甚至有些化學(xué)家堅(jiān)稱，兩條碳炔鏈一旦接觸就會(huì)發(fā)生爆炸。然而，出身碳族“名門”的碳炔仍然讓不少科學(xué)家為之著迷，因?yàn)槿藗儾聹y(cè)它一定與其碳族兄弟姐妹一樣具有極高的強(qiáng)度和硬度。但到底有多強(qiáng)多硬卻一直沒有人能給出準(zhǔn)確答案。
這正是此次研究的主題。美國(guó)萊斯大學(xué)的研究人員劉明杰（音譯）和他的團(tuán)隊(duì)通過(guò)計(jì)算揭開了這一謎題。雖然早有準(zhǔn)備，但研究結(jié)果仍然讓他們大吃了一驚。研究發(fā)現(xiàn)碳炔的硬度比目前已知最硬的材料還要大。碳納米管和石墨烯的硬度為4.5×108牛頓米/千克，而碳炔則能達(dá)到109牛頓米/千克。
令人印象深刻的還有碳炔的強(qiáng)度。該材料具有無(wú)與倫比的強(qiáng)度，需要施加10納米牛（nanoNewtons）的外力才能破壞其單鏈結(jié)構(gòu)。如果轉(zhuǎn)化為強(qiáng)度，可達(dá)6.0至7.5×107牛頓米/千克，超過(guò)了石墨烯的4.7至5.5×107牛頓米每/克，碳納米管的4.3至5.0×107牛頓米/千克和金剛石的2.5至6.5×107牛頓米/千克。
此外，碳炔還有一些有趣的性能。其柔韌性與聚合物和雙鏈DNA相似。當(dāng)發(fā)生扭曲時(shí)，其整個(gè)結(jié)構(gòu)可以自由旋轉(zhuǎn)，強(qiáng)度取決于末端化學(xué)組的牢固程度。而最有趣的或許是其穩(wěn)定性。如前所言，新研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩組碳炔鏈接觸時(shí)的確會(huì)發(fā)生反應(yīng)，但存在一個(gè)激活屏障，能夠很容易防止這種情況的發(fā)生。
研究人員稱，新研究再次刷新了科學(xué)家們的想象力，借助碳炔的神奇性能，將制造出更多更強(qiáng)大的納米設(shè)備。隨著技術(shù)的逐漸進(jìn)步，或許很快我們就能讓碳炔非凡的機(jī)械性能在現(xiàn)實(shí)中獲得應(yīng)用。
