碳元素再次為人們帶來了驚喜。據(jù)《MIT技術(shù)評論》雜志網(wǎng)站8月16日報道,美國萊斯大學(xué)的科學(xué)家日前通過計算發(fā)現(xiàn),一種新形式的碳具有極高的強度和硬度,甚至超過了久負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)家一直認為他們曾在太空中發(fā)現(xiàn)過碳炔的信號,化學(xué)家則為是否能在地球上合成這種材料爭辯了幾十年。直到幾年前,有人合成出了44個原子長的碳炔鏈,才讓這一切歸于平靜。即便如此,科學(xué)家們還是普遍認為碳炔極不穩(wěn)定,甚至有些化學(xué)家堅稱,兩條碳炔鏈一旦接觸就會發(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,因為人們猜測它一定與其碳族兄弟姐妹一樣具有極高的強度和硬度。但到底有多強多硬卻一直沒有人能給出準確答案。

這正是此次研究的主題。美國萊斯大學(xué)的研究人員劉明杰(音譯)和他的團隊通過計算揭開了這一謎題。雖然早有準備,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,而碳炔則能達到109牛頓米/千克。

令人印象深刻的還有碳炔的強度。該材料具有無與倫比的強度,需要施加10納米牛(nano Newtons)的外力才能破壞其單鏈結(jié)構(gòu)。如果轉(zhuǎn)化為強度,可達6.0至7.5×107牛頓米/千克,超過了石墨烯的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。當發(fā)生扭曲時,其整個結(jié)構(gòu)可以自由旋轉(zhuǎn),強度取決于末端化學(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),當兩組碳炔鏈接觸時的確會發(fā)生反應(yīng),但存在一個激活屏障,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,將制造出更多更強大的納米設(shè)備。隨著技術(shù)的逐漸進步,或許很快我們就能讓碳炔非凡的機械性能在現(xiàn)實中獲得應(yīng)用。 (科技日報)