Zastosowanie węgla jest wyjątkowo uniwersalne, w zależności od formy alotropowej. Naukowcy od kilkudziesięciu lat są w stanie wytwarzać różne materiały węglowe charakteryzujące się niezwykłymi właściwościami, np. grafen, nanorurki węglowe. Pomimo wielu możliwości wykorzystania węgla, nikomu nie udało się zsyntetyzować stabilnego karbinu – czyli alotropowej odmiany węgla o strukturze polialkinu –(C≡C)-, w której atomy węgla tworzą łańcuchy o naprzemiennie występujących wiązaniach potrójnych i pojedynczych bądź skumulowanych wiązaniach podwójnych.
Rys. 1 Karbin w otoczeniu dwuściennych nanorurek
Powodem dla którego nie udało się wytworzyć karbinu jest jego duża niestabilność. Ta jednowymiarowa struktura została odkryta po raz pierwszy w 1885 roku przez Adolfa von Baeyer, który trafnie spostrzegł, że nie można otrzymać karbinu z powodu jego dużej reaktywności, która prowadzi do natychmiastowego zniszczenia struktury.
Właściwości mechaniczne karbinu przekraczają teoretycznie wszystkie znane materiały. Zakłada się, że karbin jest dwa razy bardziej wytrzymały od grafenu i czterdzieści razy bardziej wytrzymały od diamentu. Ponadto, karbin charakteryzuje się o wiele większą wytrzymałością niż jakikolwiek inny materiał węglowy. Gdyby udało się go pozyskać w postaci stabilnej, byłby najbardziej wytrzymałym materiałem na świecie – dlatego od dawna trwają badania nad sposobem jego pozyskania.
Niedawno, międzynarodowy zespół badaczy, opracował metodę masowego otrzymywania karbinu. Karbin został otrzymany w wyniku złożenia dwóch płaskich warstw grafenowych i stworzenia z nich dwuściennych nanorurek węglowych. Kolejnym krokiem było owinięcie nanorurek węglowych wokół łańcucha stworzonego z pojedynczych atomów węgla. Otoczenie łańcucha przez nanorurki węglowe ma na celu ochronę przed natychmiastowym zniszczeniem. Badania naukowców zostały opublikowane w czasopiśmie Nature Materials. Przed zastosowaniem nanorurek węglowych, liczba atomów węgla w jednym łańcuchu wynosiła nie więcej niż 100. Obecnie rekord ten został pobity, a liczba atomów węgla w jednym łańcuchu dochodzi do 6400, przy czym struktura nadal jest stabilna. Zauważono także, że właściwości elektryczne karbinu wzrastają wraz ze wzrostem długości łańcucha. Oznacza to, że istnieje ogromna ilość możliwości wykorzystania tego typu struktur, co przekłada się na dalsze badania i prowadzenie modyfikacji.
1. http://futurism.com/first-direct-proof-stable-carbyne-worlds-strongest-material/
2. http://www.gizmag.com/carbyne-properties/29393/
Opracowała: Anika Szady
Korekta: Ilona Sadok
