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La nueva forma de carbono es más fuerte que el grafeno y el diamante
El sexto elemento, el carbono, nos ha proporcionado una asombrosa abundancia de materiales extraordinarios. Una vez hubo simplemente carbono, grafito y diamante. Pero en los últimos años, los químicos han agregado buckyballs, nanotubos y cualquier cantidad de formas exóticas creadas a partir del grafeno, el equivalente molecular del alambre de gallinero.
Por eso es difícil creer que el carbono tenga más sorpresas bajo la manga. Y, sin embargo, hoy en día, Mingjie Liu y sus amigos de la Universidad Rice en Houston calculan las propiedades de otra forma de carbono que es más fuerte, más rígida y más exótica que cualquier cosa que los químicos hayan visto antes.
El nuevo material se llama carbino. Es una cadena de átomos de carbono que están unidos por enlaces triples y sencillos alternos o por dobles enlaces consecutivos.
Carbyne es una especie de misterio. Los astrónomos creen que han detectado su firma en el espacio interestelar, pero los químicos han estado discutiendo durante décadas sobre si alguna vez habían creado estas cosas en la Tierra. Sin embargo, hace un par de años sintetizaron cadenas de carbohidratos de hasta 44 átomos de largo en solución.
El pensamiento hasta ahora ha sido que el carbino debe ser extremadamente inestable. De hecho, algunos químicos han calculado que dos hebras de carbeno que entraran en contacto reaccionarían explosivamente.
No obstante, a los nanotecnólogos les ha fascinado el potencial de este material porque debería ser fuerte y rígido y, por tanto, útil. Pero exactamente cuán fuerte y cuán rígido, nadie ha estado muy seguro.
Aquí es donde intervienen Liu y compañía. Estos muchachos han calculado a partir de los primeros principios las propiedades generales del carbeno y los resultados son una lectura interesante.
Para empezar, dicen que el carbino es aproximadamente el doble de rígido que los materiales más rígidos conocidos en la actualidad. Los nanotubos de carbono y el grafeno, por ejemplo, tienen una rigidez de 4,5 x 10 ^ 8 N.m / kg, pero el carbeno los supera con una rigidez de alrededor de 10 ^ 9 N.m / kg.
Igual de impresionante es la resistencia del nuevo material. Liu y sus colegas calculan que se necesitan alrededor de 10 nanoNewtons para romper una sola hebra de carbeno. Esta fuerza se traduce en una fuerza específica de 6.0-7.5 × 10 ^ 7 N ∙ m / kg, nuevamente superando significativamente a todos los materiales conocidos, incluido el grafeno (4.7-5.5 × 10 ^ 7 N ∙ m / kg), nanotubos de carbono (4.3-5.0 × 10 ^ 7 N ∙ m / kg) y diamante (2.5–6.5 × 107 N ∙ m / kg4), dicen.
Carbyne también tiene otras propiedades interesantes. Su flexibilidad está en algún lugar entre la de un polímero típico y el ADN de doble hebra. Y cuando se retuerce, puede girar libremente o volverse rígido a la torsión dependiendo del grupo químico adherido a su extremo.
Quizás lo más interesante sea el cálculo del equipo de Rice sobre la estabilidad del carbeno. Coinciden en que dos cadenas en contacto pueden reaccionar pero existe una barrera de activación que evita que esto suceda fácilmente. Esta barrera sugiere la viabilidad del carbeno en fase condensada a temperatura ambiente del orden de días, concluyen.
Todo esto debería abrir el apetito de los nanotecnólogos que esperan diseñar nanomáquinas cada vez más exóticas, como los dispositivos nanoelectrónicos y espintrónicos. Dados los avances que se están logrando en la fabricación de estas cosas, es posible que no tengamos que esperar mucho antes de que alguien comience a explotar las extraordinarias propiedades mecánicas de las cadenas de carbono de verdad.
Ref: arxiv.org/abs/1308.2258 : Carbyne de los primeros principios: cadena de átomos de C, ¿un nanorod o un nanorope?