Ny carbon allotrope kan have en række forskellige anvendelser

(PhysOrg.com) - Kulstof findes i mange forskellige former, og nu har forskere forudsagt en anden ny form, eller allotrop, af kulstof. Den nye form for kulstof, som de kalder T-carbon, har meget spændende fysiske egenskaber, der tyder på, at den kan have en lang række forskellige applikationer.

Forskerne, Xian-Lei Sheng, Qing-Bo Yan, Fei Ye, Qing-Rong Zheng, og Gang Su, fra Graduate University of Chinese Academy of Sciences i Beijing, Kina, har offentliggjort deres undersøgelse af de første principper beregninger af T-carbon i et nyligt nummer af Fysisk gennemgangsbreve .

Allotroper dannes, når atomerne i et stof, der kun indeholder en type atom, er arrangeret forskelligt. Selvom mange stoffer har flere allotroper, kulstof har det største antal kendte allotroper. De tre mest kendte kulstofallotroper er amorft carbon (såsom kul og sod), grafit, og diamant. Siden 1980'erne har forskere har syntetiseret nyere allotroper, herunder carbon nanorør, grafen, og fulderener, som alle har haft en betydelig videnskabelig og teknologisk indvirkning.

Med nyere fremskridt inden for syntetiske værktøjer, forskere har undersøgt en lang række nye - og til tider undvigende - kulstofallotroper. I lyset af disse undersøgelser, Sheng, et al., skriver i deres undersøgelse, at det ser ud til, at vi måske er på vej ind i en æra med kulstofallotroper.

Her, forskerne forklarede, hvordan man opnår en ny kulstofallotrop ved at udskifte hvert carbonatom i diamant med et carbontetraeder (deraf navnet "T-carbon"). De blev inspireret af substitutionen af ​​hvert carbonatom i metan med et carbontetraeder, som danner tetraeder.

"[Vores undersøgelse] tilføjer en mulig ny allotrop af kulstof med fantastiske egenskaber, ”Fortalte Su PhysOrg.com . "T-carbon har bindingsvinkler, der er forskellige fra grafit og diamant, men den interessante struktur er stadig ret stabil og har samme gruppesymmetri som diamant, og dermed udvide folks vision og viden om kulstofbinding. ”

Hver enhedscelle i T-carbonstrukturen indeholder to tetraeder med otte carbonatomer. Som forskernes beregninger viste, T-carbon er termodynamisk stabil ved omgivelsestryk og er en halvleder. T-carbon er en tredjedel blødere end diamant, som er det hårdest kendte naturmateriale. Den nye kulstofallotrop har også en meget lavere densitet end diamant, gør det "luftigt".

Forskerne beregnede også, at T-carbon har store mellemrum mellem atomer sammenlignet med andre former for kulstof, hvilket kan gøre det potentielt nyttigt til lagring af brint. Ud over, de unikke fysiske egenskaber ved denne nye kulstofallotrop gør det til et lovende materiale til fotokatalyse, adsorption, og rumfartsapplikationer.

"Vi tror på det, hvis den opnås, T-carbon er så fluffy, at det kan bruges til at lagre brint, lithium, og andre små molekyler til energiformål ”Sagde Su. "Det kan bruges som fotokatalyse til vandspaltning til at generere brint, eller som et adsorptionsmateriale til miljøbeskyttelse. Da den har meget lav densitet, men en høj modul og hårdhed, det er ganske velegnet til luftfartsmaterialer, sportsmaterialer som en tennisracket, Golfklub, etc., og cruiser hud, og så videre. ”

Forskerne bemærkede også, at T-carbon kunne have astronomiske konsekvenser som en potentiel komponent i interstellært støv og kulstofeksoplaneter.

"Der er et mangeårigt puslespil i astronomien kendt som 'kulstofkrisen' i interstellært støv, ”Sagde Su. ”Observationer fra Hubble -teleskopet afslørede, at kulstofbudgettet i støv er dybt i det røde, og der er ikke tilstrækkeligt kulstof i støv til at tage højde for de lysforvridninger. ”

Ud over, exoplaneten WASP-12b har for nylig vist sig at have en stor mængde kulstof, hvilket gør den til den første kulstofrige exoplanet, der nogensinde er opdaget. Da strukturen af ​​carbon i WASP-12b stadig er uklar, T-carbon kan også være en af ​​mulige kandidater til denne carbon planet.

For at undersøge T-carbon yderligere, forskerne vil gerne syntetisere den nye allotrop i laboratoriet, selvom de siger, at dette sandsynligvis ville være meget svært.

”En syntese af T-carbon i laboratoriet udgør en stor udfordring for materialeforskere og kemikere, ”Sagde Su. ”Vi foreslår følgende måder:brug af CVD -teknikken under et miljø med negativt tryk; detonation på diamant eller grafit; krystallisation af amorft tetragonalt carbon; eller strække kubisk diamant under ekstremt stor styrke. ”

Copyright 2010 PhysOrg.com.
Alle rettigheder forbeholdes. Dette materiale må ikke offentliggøres, udsende, omskrevet eller omfordelt helt eller delvist uden udtrykkelig skriftlig tilladelse fra PhysOrg.com.