碳炔

碳炔是碳原子聚集在一起形成的鏈，這些碳原子通過雙鍵或者交替的單鍵和三鍵連線在一起。碳炔被認為是世界上最強韌的材料，強度比鋼高200多倍，超過鑽石40倍，是石墨烯抗拉強度的2倍。碳炔在未來超高強度設備的發展中將有很重要的用途。

基本介紹

• 中文名：碳炔
• 外文名：Carbyne
• 別名：卡賓、卡賓碳、線型碳等
• 結構：碳原子聚集在一起形成的鏈
• 鍵合方式：雙鍵或者交替的單鍵和三鍵
• 評價：世界上最強的材料

簡介

碳炔：碳原子聚集在一起形成的鏈，是碳的同素異形體(以SP雜化成鍵)，碳單質的一種。

別名：卡賓、卡賓碳、線型碳、炔碳、聚炔碳、白碳等等。

英文名字：Carbyne, Carbine, Linear carbon.

結構：碳炔具有2種分子構型，一種是具有碳碳叄鍵與單鍵交替碳鏈的碳炔(α-碳炔或線型碳)(C≡C)_n，另一種是具有累積碳碳雙鍵碳鏈的碳炔(β-碳炔或線型碳)(=C=C=)_n。

分子式：(-C≡C-)_n或(=C=C=)_n。

性質：碳炔已被證明比鋼強200多倍，是石墨烯抗拉強度的2倍，強度超過鑽石40倍。

發展歷史

1885 年，德國有機化學家阿道夫·馮-貝耶爾首次提出碳炔的概念，他將其描述為一種無限長的碳碳單鍵和三鍵交替而成的碳鏈。但他也警告稱，由於其極不穩定，因此很難製造出來。此前，美國科學家經過理論計算指出，碳炔這種碳原子一維線性帶狀物的強度應該比任何已知的材料更硬更堅固，擁有巨大的抗張強度和硬度，硬度是鑽石的40倍、石墨烯的兩倍，因此，可用於製備超堅固的設備。另外，它還擁有僅被拉伸 3%就能從導體轉變成絕緣體的獨特屬性，因而在電子設備領域廣受關注。

美國工程（engineering）網站2013年10月14日報導，賴斯大學的計算模型證明碳炔是世界上最強的材料。

儘管科學家們可採用某些方法讓碳鏈保持穩定，但此前只能製造出最多擁有 100 個碳原子的不穩定碳鏈。維也納大學的托馬斯·皮赫萊爾團隊通過新方法大批量製造出穩定的碳長鏈，有些長鏈擁有 6000 多個碳原子，被認為是有史以來最接近碳炔的“產品”。

在最新研究中，科學家們將兩層石墨烯捲成團，製造出了一個雙壁的碳納米管，並在石墨烯薄片的縫隙內合成出這種碳長鏈，縫隙能保護這種材料並讓其保持穩定。該研究第一作者石磊（音譯）表示：“最新研究朝我們最終真正認識碳炔邁出了關鍵一步。” 儘管這次製造出的碳炔長鏈比以前長，但肉眼仍然看不見，研究人員通過透射電子顯微鏡、X 射線衍射儀、近場共振拉曼光譜法證實了這一碳鏈的存在。結果表明，這種碳鏈在實驗環境下非常穩定，其電學性能取決於碳鏈的長度。而且，由於碳炔的力學和電學屬性與眾不同，未來或有助科學家們製備出新型納米電子和光機設備。

相關爭論

天文學家一直認為他們曾在太空中發現過碳炔的信號，化學家則為是否能在地球上合成這種材料爭辯了幾十年。直到幾年前，有人合成出了44個原子長的碳炔鏈，才讓這一切歸於平靜。即便如此，科學家們還是普遍認為碳炔極不穩定，甚至有些化學家堅稱，兩條碳炔鏈一旦接觸就會發生爆炸。然而，出身碳族“名門”的碳炔仍然讓不少科學家為之著迷。

性能

碳炔的硬度比已知最硬的材料還要大。碳納米管和石墨烯的硬度為4.5×108牛頓米/千克，而碳炔則能達到109牛頓米/千克。

碳炔具有無與倫比的強度，需要施加10納米牛（nanoNewtons）的外力才能破壞其單鏈結構。如果轉化為強度，可達6.0~7.5×107牛頓米/千克，超過了石墨烯的4.7~5.5×107牛頓米每/千克，碳納米管的4.3~5.0×107牛頓米/千克和金剛石的2.5~6.5×107牛頓米/千克。

碳炔還有一些有趣的性能。其柔韌性與聚合物和雙鏈DNA相似。當發生扭曲時，其整個結構可以自由旋轉，強度取決於末端化學組的牢固程度。而最有趣的或許是其穩定性，新研究發現當兩組碳炔連結觸時的確會發生反應，但存在一個激活屏障，能夠很容易防止這種情況的發生。