Дълго предполагаемият „чуден материал от следващо поколение“, създаден за първи път


Дълго предполагаемият „чуден материал от следващо поколение“, създаден за първи път

Кристалната структура на слой графин. Кредит: Yiming Hu

Повече от десетилетие учените се опитват да синтезират нова форма на въглерод, наречена графин, с ограничен успех. Това начинание обаче вече е към своя край благодарение на ново изследване от Университета в Колорадо Боулдър.

Графинът отдавна представлява интерес за учените поради приликите си с „чудния материал“ графен – друга форма на въглерод, която е високо оценена от индустрията, чиито изследвания дори бяха удостоени с Нобелова награда по физика през 2010 г. Въпреки това, въпреки десетилетия на работа и теоретизирайки, само няколко фрагмента са били създавани досега.

Това изследване, обявено миналата седмица в Синтез на природатазапълва дългогодишната празнина в науката за въглеродните материали, като потенциално отваря чисто нови възможности за изследвания на електрониката, оптиката и полупроводниковите материали.

„Цялата публика, цялата област, е наистина развълнувана, че този дългогодишен проблем или този въображаем материал най-накрая се осъзнава“, каза Имин Ху, водещ автор на статията и докторант по химия през 2022 г.

Учените отдавна се интересуват от изграждането на нови или нови въглеродни алотропи или форми на въглерод, поради полезността на въглерода за индустрията, както и неговата гъвкавост.

Има различни начини, по които въглеродните алотропи могат да бъдат конструирани в зависимост от това как се използват sp2, sp3 и sp хибридизиран въглерод (или различните начини, по които въглеродните атоми могат да се свързват с други елементи) и съответните им връзки. Най-известните въглеродни алотропи са графит (използван в инструменти като моливи и батерии) и диаманти, които са създадени съответно от въглерод sp2 и sp3 въглерод.

Използвайки традиционните химически методи, учените успешно създават различни алотропи през годините, включително фулерен (чието откритие спечели Нобелова награда по химия през 1996 г.) и графен.

Тези методи обаче не позволяват различните видове въглерод да бъдат синтезирани заедно в какъвто и да е голям капацитет, като това, което е необходимо за графин, който е оставил теоретизирания материал — спекулира се, че има уникални електропроводими, механични и оптични свойства — да остане това: теория.

Но също така тази нужда от нетрадиционното накара тези в областта да се обърнат към лабораторната група на Wei Zhang.

Джанг, професор по химия в CU Boulder, изучава обратима химия, която е химия, която позволява на връзките да се самокоригират, позволявайки създаването на нови подредени структури или решетки, като напр. синтетични ДНК-подобни полимери.

След като се обърнаха към Джан и неговата лабораторна група решиха да опитат.

Създаването на графин е „наистина стар, дългогодишен въпрос, но тъй като синтетичните инструменти бяха ограничени, интересът намаля“, каза Ху, който беше доктор на науките. студент в лабораторната група на Джанг, коментира. „Отново разкрихме проблема и използвахме нов инструмент, за да разрешим стар проблем, който е наистина важен.“

Използване на процес, наречен алкинова метатеза – която е органична реакция, която води до преразпределение или разрязване и реформиране на алкиновите химични връзки (вид въглеводород с поне един въглерод-въглерод тройна ковалентна връзка) – както и термодинамиката и кинетичния контрол, групата успя да създаде това, което никога не е било създавано преди: материал, който може да съперничи на проводимостта на графена, но с контрол.

„Има доста голяма разлика (между графен и графин), но в добър начин“, каза Джанг. “Това може да бъде материал за чудо от следващото поколение. Ето защо хората са много развълнувани.”

Въпреки че материалът е създаден успешно, екипът все още иска да разгледа конкретните подробности за него, включително как да създадете материала в голям мащаб и как може да бъде манипулиран.

„Ние наистина се опитваме да изследваме този нов материал от множество измерения, както експериментално, така и теоретично, от атомно ниво до реални устройства“, каза Джанг за следващите стъпки.

Тези усилия от своя страна трябва да помогнат да се разбере как материалът е електрон-проводим и оптични свойства може да се използва за индустриални приложения като литиево-йонни батерии.

„Надяваме се в бъдеще да можем да намалим разходите и да опростим процедурата за реакция и тогава, да се надяваме, хората наистина могат да се възползват от нашето изследване“, каза Ху.

За Джанг това никога не би могло да бъде постигнато без подкрепата на интердисциплинарен екип, добавяйки: „Без подкрепата от отдела по физика, без известна подкрепа от колеги, тази работа вероятно не би могла да бъде свършена“.


Синтез на двуизмерен дупков графин


Повече информация:
Yiming Hu et al, Синтез на γ-графин с помощта на динамична ковалентна химия, Синтез на природата (2022 г.). DOI: 10.1038 / s44160-022-00068-7

Цитат: Дълго предполагаем „чуден материал от следващо поколение“, създаден за първи път (2022 г., 21 май), извлечен на 21 май 2022 г. от https://phys.org/news/2022-05-long-hypothesized-material.html

Този документ е обект на авторско право. Освен всяка честна сделка с цел частно проучване или изследване, никоя част не може да бъде възпроизвеждана без писменото разрешение. Съдържанието е предоставено само за информационни цели.