碳炔(carbyne):世界上最强韧的材料

据英国《每日邮报》报道，在问世50多年之后，终于有研究团队找到了批量生产碳炔(carbyne)的方法。碳炔相当于碳的一维形式——由碳原子聚集在一起形成的链，被认为是世界上最强韧的材料，强度超过钻石40倍。

在新的方法中，研究人员采用双层壁碳纳米管来生成稳定的碳链，其长度也创下新的记录。1885年，德国化学家阿道夫·冯·拜尔(Adolf von Baeyer)首次提出了碳炔的概念，他描述了线性炔碳——或者说无限长度的碳链——的存在，并将其称为“carbyne”。不过，他同时指出该材料会非常难以获得，因为它极其不稳定。

在托马斯·皮希勒(Thomas Pichler)的领导下，来自维也纳大学的研究团队开发出了一种新方法，能批量生产出由超过6400个碳原子组成的碳链。在此之前，一条碳链的长度记录只有约100个碳原子。

为了达到这一新的长度，研究者制造了双层壁纳米管，由两层石墨烯环绕组成。这些纳米管提供了稳定的环境，使超长碳链得以生成，长度比此前碳链长50倍以上。论文第一作者石磊说：“密闭条件下超长线性碳链——比目前已知的最长碳链提高了两个数量级——的直接实验证据，是最终揭开真正一维的碳同素异形物奥秘的一大跨越。”

碳炔比钻石的强度高40倍，是石墨烯强度的两倍，比其他所有碳材料都要强韧。研究者称，这样一种材料在未来超高强度设备的发展中将有很重要的用途。

“这项工作还提供了一个很好的例子，为了揭开并控制低维度碳基材料的电学和机械特性，在实验和理论之间可以进行非常高效和成果丰富的合作，”研究者安杰尔·卢比奥(Angel Rubio)说，“该方法将合成出迄今为止最长的碳链，并对其进行定性。对于涉及密闭几何体内的电子相关和量子力学相转变等试验性研究，这些发现提供了试验的基础。”

为了证实碳链的存在，研究者采用了不同的光谱学和X射线散射技术。他们发现，碳链不仅在这些条件下可以稳定存在，而且其电学特性取决于碳链的长度。“此外，碳炔的机械和电学特性是非常特别的，”卢比奥说，“意味着纳米电子以及光机械设备设计时可以有大量的新的可能性。”

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