據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)10月9日?qǐng)?bào)道，美國(guó)萊斯大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)利用計(jì)算機(jī)得出的計(jì)算結(jié)果顯示，單個(gè)原子厚的線型碳（Carbyne）可能是已知最強(qiáng)韌的微觀材料，超過了與其同為碳家族成員的石墨烯。如果能夠?qū)崿F(xiàn)批量制造，線型碳納米棒或者納米繩將展示出非凡的特性，在納米機(jī)械系統(tǒng)、自旋電子器件、傳感器、適于機(jī)械應(yīng)用的超強(qiáng)超輕材料或儲(chǔ)能領(lǐng)域都有廣闊的前景。研究報(bào)告發(fā)表在本周出版的《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)·納米》雜志上。
這種碳的線型同素異形體與只有一個(gè)原子厚的石墨烯薄片以及中空的碳納米管不同，它是真正的一維材料。關(guān)于線型碳的理論早在19世紀(jì)就已出現(xiàn)。1960年，前蘇聯(lián)科學(xué)家首次合成了一種與之近似的材料。此后，科學(xué)家在壓縮石墨中發(fā)現(xiàn)了線型碳，在星際塵埃中也檢測(cè)到了它，并能夠在實(shí)驗(yàn)室中少量地合成出來。
其他論文中對(duì)線型碳的特性都只有過只言片語(yǔ)的描述。為了詳細(xì)了解這種材料，萊斯大學(xué)理論物理學(xué)家鮑里斯·雅各布松的研究團(tuán)隊(duì)利用計(jì)算機(jī)模型，通過第一性原理計(jì)算來確定原子的能量相互作用。結(jié)果表明，線型碳可能是穩(wěn)定碳的最高能態(tài)。雅各布松說：“就碳元素而言，原子處于最低能態(tài)即所謂的基態(tài)的，是石墨，然后是金剛石、碳納米管、富勒烯。我們認(rèn)為，線型碳可能是一種處于最高能態(tài)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。”
此外，他們還驚奇地發(fā)現(xiàn)，線型碳的帶隙對(duì)扭曲非常敏感，這有助于研制探測(cè)扭力和磁場(chǎng)的傳感器。
根據(jù)計(jì)算結(jié)果，研究團(tuán)隊(duì)為線型碳繪制了這樣一幅“肖像”：抗張強(qiáng)度，即承受拉伸的能力，超過其他任何已知材料，是石墨烯的兩倍；抗拉剛度是石墨烯和碳納米管的兩倍，金剛石的近3倍；僅對(duì)線型碳進(jìn)行不到10％的拉伸，就能明顯改變它的電子帶隙；如果頭尾連接旋轉(zhuǎn)90度，它就變成了磁性半導(dǎo)體；線型碳分子鏈適合于儲(chǔ)能；在室溫下很穩(wěn)定；名義比表面積大約是石墨烯的5倍，滲透性和吸附性強(qiáng)。
當(dāng)他們的論文今年夏天被放到收錄科學(xué)文獻(xiàn)預(yù)印本的在線數(shù)據(jù)庫(kù)arXiv上時(shí)，一度令眾多科技和大眾媒體激動(dòng)不已。研究人員表示，他們的下一個(gè)方向?qū)⑹歉b密地研究線型碳的導(dǎo)電性，同時(shí)也準(zhǔn)備考慮一下化學(xué)元素周期表上的某些其他元素是否形成一維鏈。