Carbyne könnte das stärkste Material überhaupt sein
Carbyne, eine nur ein Atom dünne Kette aus Kohlenstoff, wäre das stärkste aller Materialien - falls die Herstellung gelingt. In Carbyne-Ketten sind die Kohlensoffatome entweder durch Doppel- oder sich abwechselnde Einfach- und Dreifachbindungen gebunden. Forscher der Rice University haben berechnet, dass Carbyne damit zweimal so stark wie die bisher stärksten Materialien wäre.
Das sechste Element im chemischen Periodensystem ist erstaunlich flexibel. Kannte man früher nur einfachen Kohlenstoff, Graphit und Diamant, sind mittlerweile Buckyballs und Nanoröhrchen aus Kohlenstoff ebenso herstellbar wie eine große Anzahl exotischer Materialien aus Graphen.
Doch auch heute noch kann Kohlenstoff überraschen, wie Forscher um Mingjie Liu an der Rice University in Houston zeigen. Sie haben die physikalischen Eigenschaften einer weiteren Form von Kohlenstoff errechnet, die stärker und fester sein soll als jedes andere Material.
Der Kohlenstoff-Ableger nennt sich Carbyne und besteht aus einer Kette von Kohlenstoffatomen, die entweder aus alternierenden Dreifach- und Einfachbindungen oder fortgesetzten Doppelbindungen aufgebaut ist.
Carbyne ist bislang noch ein echtes Mysterium. Astronomen glauben, seine Signatur im interstellaren Raum entdeckt zu haben, doch auf der Erde versuchen sich Chemiker schon seit Jahrzehnten an der künstlichen Herstellung des Materials. Vor wenigen Jahren wurde eine erste Carbyne-Kette mit 44 Atomen in einer Lösung gebildet.
Bislang dachte man, dass Carbyne extrem instabil sein müsste: Es reicht, zwei Stränge miteinander in Kontakt zu bringen, um eine explosive Reaktion auszulösen. Nichtsdestotrotz sind Nanoforscher vom Potenzial des Materials fasziniert. Liu und Team gelang es nun erstmals, zu errechnen, wie fest und stark Carbyne tatsächlich ist.
Carbyne hat noch andere interessante Eigenschaften. Seine Flexibilität ist zwischen einem typischen Polymer und doppelsträngiger DNA angesiedelt. Bei Verdrehung rotiert es frei oder wird drehstarr, je nachdem, welche chemische Gruppe man anbindet.
Vielleicht am interessantesten ist aber die tatsächliche Stabilität von Carbyne. Das Forscherteam meint, dass zwei Ketten zwar bei Kontakt miteinander reagieren können, aber es eine Aktivitätsbarriere gibt. Die sorge dafür, dass das Material in kondensierter Form bei Raumtemperatur mehrere Tage übersteht. All das macht Nanotechniker den Mund wässrig, sind doch ganz neue Anwendungen denkbar, bis hin zur Spintronik. Nun müsste nur noch die Herstellung zuverlässig gelingen.
Quelle: Technology Review
Bild: Vasilii Artyukhov/Rice University (modifiziert)
Den Originalartikel finden Sie hier (externer Link, Technology Review).
Lesen Sie auch die Artikel der Rice University und von Nanowerk zum Thema (externe Links, auf Englisch).
Die Publikation der Rice University im Fachjournal ACS Nano finden Sie hier (externer Link, eingeschränkter Zugriff)
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