據(jù)物理學家組織網(wǎng)10月9日報道，美國萊斯大學的研究團隊利用計算機得出的計算結(jié)果顯示，單個原子厚的線型碳（Carbyne）可能是已知最強韌的微觀材料，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，在納米機械系統(tǒng)、自旋電子器件、傳感器、適于機械應用的超強超輕材料或儲能領域都有廣闊的前景。研究報告發(fā)表在本周出版的《美國化學學會·納米》雜志上。
這種碳的線型同素異形體與只有一個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。關于線型碳的理論早在19世紀就已出現(xiàn)。1960年，前蘇聯(lián)科學家首次合成了一種與之近似的材料。此后，科學家在壓縮石墨中發(fā)現(xiàn)了線型碳，在星際塵埃中也檢測到了它，并能夠在實驗室中少量地合成出來。
其他論文中對線型碳的特性都只有過只言片語的描述。為了詳細了解這種材料，萊斯大學理論物理學家鮑里斯·雅各布松的研究團隊利用計算機模型，通過第一性原理計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)，線型碳的帶隙對扭曲非常敏感，這有助于研制探測扭力和磁場的傳感器。
根據(jù)計算結(jié)果，研究團隊為線型碳繪制了這樣一幅“肖像”：抗張強度，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；僅對線型碳進行不到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體；線型碳分子鏈適合于儲能；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。
當他們的論文今年夏天被放到收錄科學文獻預印本的在線數(shù)據(jù)庫arXiv上時，一度令眾多科技和大眾媒體激動不已。研究人員表示，他們的下一個方向?qū)⑹歉b密地研究線型碳的導電性，同時也準備考慮一下化學元素周期表上的某些其他元素是否形成一維鏈。