Nueva forma de carbono unidimensional podría ser el material más duro conocido
Nanorods de carbino pueden tener aplicaciones en la electrónica y el almacenamiento de energía.
Nanocuerdas de nanorods de carbino, una cadena de átomos de carbono,, podrían ser más duros que el grafeno o el diamante si pueden ser manufacturados, de acuerdo a cálculos de la Universidad de Rice. El físico teorico Boris Yakobson dice que este material podría ser utilizado para fines electrónicos y almacenamiento de energía. (Crédito: Vasilii Artyukhov/Rice University)
Científicos teóricos de la Universidad de Rice calcularon que el grosor de las cadenas atómicas de carbino podría ser el material más fuerte que tengamos noticia, si pudiera fabricarse masivamente.
El carbino es una cadena de átomos de carbono unidos por enlaces atómicos dobles, individuales alternados o incluso triples. Eso lo constituye como un material verdaderamente unidimensional, a diferencia de las hojas de grafeno que tienen arriba y abajo, o un nanotubo hueco, que tiene un adentro y un afuera.
De acuerdo con cálculos del físico teórico Boris Yakobson y su grupo:
- Resistencia a la tracción de carbino – la capacidad de soportar el estiramiento – supera “el de cualquier otro material conocido” y duplica el del grafeno. (Los científicos han calculado que se requiere un elefante sobre un lápiz para atravesar una hoja de grafeno).
- Duplica la rigidez a la tracción del grafeno y de los nanotubos de carbono y casi tres veces la del diamante.
- Estirar el carbino en un 10 por ciento alterará su electrónica de manera significativa.
- Equipado con asas moleculares en los extremos, también puede ser retorcido de manera que altere su capacidad. Con una rotación de extremo a extremo de 90 grados, se convierte en un semiconductor magnético.
- Las cadenas de carbino pueden tomar moléculas secundarias que forman cadenas adecuadas para el almacenamiento de energía.
- El material es estable a temperatura ambiente, resistiendo en gran medida enlaces cruzados con cadenas cercanas.
“En última instancia, puedes verlo como una cinta de grafeno, delgada, reducida a un solo átomo, o un nanotubo delgado”, dijo Yakobson. Podría ser útil para sistemas nanomecánicos, en dispositivos de espintrónica, como sensores, como materiales fuertes y ligeros para aplicaciones mecánicas, o para almacenamiento de energía.
Con base en los cálculos, el carbino podría ser el estado de energía más alto disponible de carbono estable.
Las teorías sobre el carbino aparecieron por primera vez en el siglo XIX, y una aproximación del material fue sintetizado por primera vez en la Unión Soviética en 1960. El carbino se ha visto ya en grafito comprimido, ha detectado en polvo interestelar y se ha creado en pequeñas cantidades por en experimentos.
Yakobson dijo que los investigadores se sorprendieron al encontrar que el intervalo del carbino fuera tan sensible a la torsión. “Será útil como un sensor de torsión o campos magnéticos, si se puede encontrar una manera de lo con algo que lo haga girar”, dijo.
Otro dato de gran interés fue la barrera de energía que evitan que los átomos en las cadenas de carbino colapsen entre sí. “Cuando se habla de material teórico, siempre debes de tener cuidado para ver si reacciona consigo mismo”, dijo Artyukhov. “Esto nunca ha sido realmente investigado para el carbino. ”
La literatura parece indicar que el carbino “no era estable y formaría grafito u hollín”, dijo. En cambio, los investigadores encontraron que átomos de carbono en las cadenas independientes podrían superar la barrera de un solo lugar, pero la rigidez de las barras “impedirían que se junten en un segundo lugar, por lo menos a temperatura ambiente.
“Los bloques pueden pegarse entre sí, pero no colapsarán por completo”, añadió Yakobson . “Eso podría formar una red aleatoria altamente porosa que podría ser buena para la adsorción”.
Fangbo Xu y Hoonkyung Lee son co-autores del artículo. Yakobson es profesor de Ingeniería Mecánica y Ciencia de Materiales en la Unviersidad de Rice.
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