Ilgai iškelta hipotezė „naujos kartos stebuklinga medžiaga“, sukurta pirmą kartą


Ilgai iškelta hipotezė „naujos kartos stebuklinga medžiaga“, sukurta pirmą kartą

Grafino sluoksnio kristalinė struktūra. Kreditas: Yiming Hu

Daugiau nei dešimtmetį mokslininkai ribotai sėkmingai bandė susintetinti naują anglies formą, vadinamą grafinu. Tačiau dėl naujų Kolorado Boulderio universiteto tyrimų šios pastangos baigėsi.

Grafinas jau seniai domėjosi mokslininkais dėl savo panašumų į „stebuklingą medžiagą“ grafeną – kitą anglies formą, kurią labai vertina pramonė, kurios moksliniams tyrimams 2010 m. net buvo skirta Nobelio fizikos premija. Tačiau nepaisant dešimtmečių darbo ir Teoriškai iki šiol buvo sukurti tik keli fragmentai.

Šis tyrimas, paskelbtas praėjusią savaitę Gamtos sintezėužpildo ilgalaikę spragą anglies medžiagų mokslo srityje ir gali atverti visiškai naujas galimybes elektronikos, optikos ir puslaidininkių medžiagų tyrimams.

„Visa auditorija, visa sritis tikrai džiaugiasi, kad ši ilgalaikė problema arba ši įsivaizduojama medžiaga pagaliau suvokiama“, – sakė Yimingas Hu, pagrindinis šio straipsnio autorius ir 2022 m. chemijos mokslų daktaras.

Mokslininkai jau seniai domėjosi naujų arba naujų anglies alotropų arba anglies formų kūrimu dėl anglies naudingumo pramonei ir dėl jos universalumo.

Anglies alotropai gali būti sukurti įvairiais būdais, atsižvelgiant į tai, kaip naudojama sp2, sp3 ir sp hibridizuota anglis (arba skirtingi būdai, kaip anglies atomai gali prisijungti prie kitų elementų) ir atitinkami jų ryšiai. Labiausiai žinomi anglies alotropai yra grafitas (naudojamas tokiuose įrankiuose kaip pieštukai ir baterijos) ir deimantai, kurie yra sukurti atitinkamai iš sp2 anglies ir sp3 anglies.

Naudodami tradicinius chemijos metodus, mokslininkai per daugelį metų sėkmingai sukūrė įvairius alotropus, įskaitant fullereną (kurio atradimas 1996 m. pelnė Nobelio chemijos premiją) ir grafeną.

Tačiau šie metodai neleidžia sintetinti skirtingų tipų anglies kartu bet kokia didele talpa, pavyzdžiui, to, ko reikia grafinui, kuris paliko teorinę medžiagą, kuri, kaip spėjama, turi unikalių elektronų laidumo, mechaninių ir optinių savybių. išlikti tuo: teorija.

Tačiau netradicinių dalykų poreikis paskatino šios srities darbuotojus susisiekti su Wei Zhang laboratorijos grupe.

Zhang, CU Boulder chemijos profesorius, tiria grįžtamąją chemiją, kuri yra chemija, leidžianti jungtims savaime koreguotis ir sukurti naujas tvarkingas struktūras arba groteles, pvz. sintetiniai į DNR panašūs polimerai.

Po to, kai buvo kreiptasi, Zhang ir jo laboratorijos grupė nusprendė tai pabandyti.

Grafino kūrimas yra „tikrai senas, seniai iškeltas klausimas, tačiau kadangi sintetinių įrankių naudojimas buvo ribotas, susidomėjimas sumažėjo“, – daktaro laipsnį įgijęs Hu. studentas iš Zhang laboratorijos, komentavo. „Mes dar kartą iškėlėme problemą ir panaudojome naują įrankį, kad išspręstume seną problemą, kuri tikrai svarbi“.

Naudojant procesą, vadinamą alkino metateze, kuri yra organinė reakcija, apimanti alkininių cheminių jungčių (angliavandenilio tipo, turinčio bent vieną angliesanglies trigubas kovalentinis ryšys) – taip pat termodinamika ir kinetinė kontrolė, grupė sugebėjo sėkmingai sukurti tai, kas dar niekada nebuvo sukurta: medžiagą, kuri galėtų konkuruoti su grafeno laidumu, bet su kontrole.

“Yra gana didelis skirtumas (tarp grafeno ir grafino), bet gerąja prasme”, – sakė Zhang. “Tai gali būti naujos kartos stebuklų medžiaga. Štai kodėl žmonės labai susijaudinę.”

Nors medžiaga buvo sėkmingai sukurta, komanda vis dar nori išnagrinėti konkrečias jos detales, įskaitant tai, kaip sukurti medžiagą dideliu mastu ir kaip ja galima manipuliuoti.

„Mes tikrai stengiamės ištirti šią naują medžiagą iš kelių dimensijų, tiek eksperimentiškai, tiek teoriškai, nuo atominio lygio iki realių įrenginių“, – apie kitus žingsnius sakė Zhang.

Šios pastangos savo ruožtu turėtų padėti išsiaiškinti, kaip medžiaga yra laidi elektronams ir optines savybes gali būti naudojamas pramonės reikmėms, pvz ličio jonų baterijos.

„Tikimės, kad ateityje galėsime sumažinti išlaidas ir supaprastinti reakcijos procedūrą, o tada, tikėkimės, žmonės tikrai galės pasinaudoti mūsų tyrimais“, – sakė Hu.

Zhangui tai niekada nebūtų pavykę padaryti be tarpdisciplininės komandos palaikymo ir pridūrė: „Be fizikos katedros ir kolegų palaikymo šio darbo tikriausiai nepavyktų padaryti“.


Dvimačio skylės grafino sintezė


Daugiau informacijos:
Yiming Hu ir kt., γ-grafino sintezė naudojant dinaminę kovalentinę chemiją, Gamtos sintezė (2022). DOI: 10.1038 / s44160-022-00068-7

Citata: ilgai hipotezuota „naujos kartos stebuklinga medžiaga“, sukurta pirmą kartą (2022 m. gegužės 21 d.), gauta 2022 m. gegužės 21 d. iš https://phys.org/news/2022-05-long-hypothesized-material.html

Šis dokumentas yra saugomas autorių teisių. Išskyrus bet kokius sąžiningus sandorius privačių studijų ar mokslinių tyrimų tikslais, jokia dalis negali būti atkuriama be raštiško leidimo. Turinys pateikiamas tik informaciniais tikslais.