像钻石一样坚硬,像塑料一样灵活,高度受欢迎的钻石nanothreads会将彻底改变我们的世界——;如果他们不那么困难。
最近,一组科学家由卡耐基的塞缪尔·邓宁和盖Strobel开发了一个原始技术预测和指导命令创建强,然而灵活,钻石nanothreads,克服一些现有的挑战。创新将使科学家们更容易合成nanothreads -,一个重要的一步,在未来将材料应用于实际问题。最近发表在《工作美国化学学会杂志》上。
钻石nanothreads超薄,一维的碳链,数万倍比人的头发细。它们通常由压缩更小的碳基环在一起形成相同类型的债券,使钻石的坚硬的矿物在我们的星球上。
然而,而不是3 d-carbon晶格中找到一个正常的钻石,这些线程的边缘与碳氢键“封顶”,使整个结构灵活。
邓宁解释道:“因为nanothreads只有这些债券在一个方向,他们可以弯曲和flex的方式正常钻石不能。”
科学家预测,碳nanothreads的独特属性将有一个有用的应用范围从提供太空电梯sci-fi-like脚手架创建超强面料。然而,科学家们已经很难创造足够nanothread材料来测试他们的提出的超级大国。
“如果我们想设计材料为特定的应用程序,“亚博网站下载邓宁表示,“这是必不可少的我们准确理解的结构和成键nanothreads我们。这个线程指导方法真的允许我们这么做!”
最大的挑战之一是碳原子以可预测的方式做出反应。在nanothreads由苯和其他six-atom戒指,每个碳原子都可以进行化学反应具有不同的邻居。这导致许多可能的反应与彼此竞争和许多不同的nanothread配置。这种不确定性是科学家面临的最大障碍之一合成nanothreads可以确定精确的化学结构。
邓宁的团队确定氮添加到环的碳可能有助于指导反应预测的途径。哒嗪-他们选择开始工作;6两个氮原子环由四个碳和-,并开始工作在一个计算机模型。邓宁曾与薄熙来Chen Donostia国际物理中心,和李朱,助理教授罗格斯大学和卡内基明矾,模拟邻二氮杂苯分子在高压下是如何表现的。
“在我们的系统,我们使用两个氮原子来消除两种可能的反应网站从环系统。这极大地减少了许多可能的反应。”邓宁说。
在运行多个计算机模拟显示成功nanothread形成高压,他们准备采取实验室的实验。
团队把一滴哒嗪加载到一个钻石砧细胞——;一个设备,允许科学家产生极端的压力通过压缩样本之间的小技巧更传统的钻石。利用红外光谱和x射线衍射,他们监控哒嗪的化学结构的变化大约300000倍的标准大气压寻找新债券的创建。
当他们看到这些债券形成,他们意识到他们已经成功地预测和在实验室里创造了第一个哒嗪钻石nanothread。
“我们的反应路径产生一个非常有序的nanothread,”邓宁表示。“其他原子合并到nanothread骨干的能力,指导反应,并理解nanothread的化学环境将在开发nanothread技术节省研究人员宝贵的时间。”
使用这些非碳原子的过程指导nanothreads的形成,邓宁称之为“线程导演,”是一个重要的一步一个未来,科学家可以创建这些材料和先进的应用程序中使用它们。亚博网站下载现在发现了合成策略,邓宁计划确定和测试许多可能的nanothread前兆。
他也迫不及待地想开始把哒嗪nanothreads步。
邓宁认为,“现在我们知道我们可以做这个材料,我们需要开始做足够学习确定机械,光学,电子属性!”
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