Экзотической форме углерода предсказали исключительные механические свойства

Изогнутая цепь карбина
Изображение: Mingjie Liu et al., 2013

Ученые из университета Райса провели моделирование механических свойств линейного углерода карбина, и обнаружили, что этот материал должен обладать рекордной жесткостью и прочностью. По этим параметрам карбин превосходит все известные материалы, в том числе и другие формы углерода: алмаз, графен и нанотрубоки. Исследование пока не принято к публикации, но с его препринтом можно ознакомиться в архиве Корнельского университета. Кратко о работе пишет блог Technology Review.

Выводы ученых основаны на наиболее сложном математическом моделировании, в котором учитываются только базовые квантовые свойства химической связи (так называемый first-principles расчет). Результаты моделирования показали, что жесткость (характеристика сопротивления растяжению) карбина вдвое превышает аналогичное свойство самых жестких известных материалов, таких как графен и углеродные нанотрубки.

По прочности, то есть по максимальной силе, которую материал выдерживает без разрушения, карбин также оказался рекордсменом. В этом, однако, вещество не столь разительно отличалось от других аллотропных модификаций углерода. Соответствующее значение (6,0–7,5×107 ньютон-метр на килограмм), лишь немногим превышало прочность графена (до 5,5×107) и алмаза (до 6,5×107). Следует отметит, что в данных расчетах имеется ввиду прочность идеальных материалов, которые совершенно не содержат дефектов.

Карбин является одной из наименее изученных аллотропных модификаций углерода. Впервые о возможности его существования стало известно из работ советских химиков Коршака, Сладкова, Касаточкина и Кудрявцева. Исследование с описанием метода получения вещества была опубликована в 1967 году в журнале Доклады академии наук СССР и получило широкую известность на родине. В 1982 году в Science результаты советских химиков были поставлены под сомнение: оказалось, что сигнал, приписываемый карбину, мог быть получен из-за примесей силикатов. В дальнейшем сигналы, соответствующие карбину, были обнаружен в межзвездном пространстве и в некоторых земных углеродных материалах.

Существование длинных молекул карбина до сих пор является спорным, однако короткие цепи (−C≡C−)n (их называют полиинами) хорошо известны. В 2010 году с использованием специальных защитных групп было синтезировано соединение с 44 атомами углерода в такой цепи.