Przez przypadek odkryli coś lepszego od grafenu. Struktura jest twardsza niż stal i nie ma nawet oficjalnej nazwy
Jeśli wydawało wam się, że grafen jest ostatnią strukturą, którą da się stworzyć z atomów węgla, muszę was rozczarować. Naukowcy stworzyli coś nowego. Jedną z proponowanych nazw jest… adamantium.
Odłóżmy jednak komiksowe nawiązania na bok. Nowa struktura węgla, stworzona przez przypadek przez fizyka Joela Therriena z University of Massachusetts wydaje się mieć ogromny potencjał, jeśli chodzi o produkcję lekkich materiałów, produktów medycznych i elektroniki.
Nowy lepszy grafen?
Prezentując swoje odkrycie, Therrien przyznał, że stworzył nową strukturę węgla w wyniku… nieudanej próby syntezy pentagrafenu - struktury atomów węgla związanych w pięciokątnych pierścieniach, która teoretycznie powinna być możliwa do stworzenia, ale jeszcze nikomu się to nie udało.
Therrien wymyślił, że zastosuje technikę frustracji geometrycznej. Jako katalizatora użył arkuszu folii miedzianej, uruchomił piec przystosowany do chemicznego osadzania fazy gazowej (CVD) i zamiast tradycyjnie stosowanego metanu jako gazu zasilającego cały proces, skorzystał z bardziej złożonego prekursora - 2,2-dimetylobutanu.
Metoda ta powoduje, że wysoka temperatura rozkłada węglowodory ułożone na powierzchni katalizatora na atomy lub proste cząsteczki, które w dalszej fazie procesu samoorganizują się w arkusze grafenu lub kryształy. Therrien na podstawie swoich wcześniejszych eksperymentów uznał, że poddając temu procesowi heksan, uda mu się stworzyć pentagrafen.
Plan (nomen omen) nie wypalił, za to fizykowi udało się stworzyć coś nowego. Po ustawieniu pieca, Therrien wyszedł ze swojego laboratorium poprowadzić wieczorne zajęcia na uniwersytecie. Po powrocie odkrył, że wnętrze pieca było pokryte czarną smołą, ale na miedzianej folii użytej w roli katalizatora osadziło się coś, co wyglądało jak wypolerowane srebro.
Fizyk oczywiście postanowił kontynuować eksperymenty prowadzące do tworzenia tego tajemniczego wypolerowanego srebra. Po 2 latach badań z innymi rozgałęzionymi heksanami jego zespół był już w stanie bezbłędnie tworzyć nową, nienazwaną do tej pory strukturę węgla.
Jak wygląda ta struktura od środka? Według Puru Jeny, współpracownika Uniwersytetu Virginia Commonwealth, który powołuje się na modele dynamiki molekularnej, atomy węgla tworzą w nowej strukturze warstwy faliste wyłożone płytkami sześcio- lub 12-atomowymi i są połączone ze sobą wiązaniami kowalencyjnymi.
Właściwości tej struktury węgla są zbyt dobre i budzą wątpliwości innych naukowców
Podobnie jak diament i grafen, nowa struktura wydaje się mieć niezwykłe właściwości fizyczne. Po pierwsze jest twardsza niż stal. Po drugie przewodzi prąd i odbija światło na podobnym poziomie, jak polerowane aluminium. No i po trzecie, co najbardziej zaskoczyło naukowców, substancja stworzona przez Therriena wydaje się być ferromagnetyczna, czyli zachowuje się tak jak magnes w temperaturach do 125 ° C - zachowanie to, jak na substancję składającą się z atomów węgla, jest bardzo nietypowe. Do tego stopnia, że wielu fizyków kwestionuje wyniki badań jej twórcy.
Jeśli jednak wyniki badań nad ferromagnetyzmem nowej struktury węgla zostaną potwierdzone, odkrycie Therriena może okazać się rewolucyjne. Węgiel jest bowiem znacznie lżejszy niż inne pierwiastki ferromagnetyczne, takie jak mangan, nikiel i żelazo.
Co więcej, węgiel jest nietoksyczny w organizmie. Także jeśli, ferromagnetyzm nowej struktury zostanie potwierdzony, może być ona bardzo przydatna do wytwarzania wszelkiej maści bioczujników lub nośników dostarczających leki, które mogą być magnetycznie kontrolowane (np. kierowane do chorych tkanek wewnątrz organizmu).
Do tego dochodzą też właściwości związane z odbijaniem światła. Pomiary przeprowadzone przez zespół Therriena wskazują, że warstwa o grubości zaledwie 50 nm, odbija ponad 90 proc. padającego na nią światła o długościach fal od dalekiego ultrafioletu do środkowej podczerwieni.
Dzięki temu atrybutowi może być użyteczną powłoką odblaskową, bardziej trwałą niż standardowe aluminium, wykorzystywaną do luster w aparatach fotograficznych i teleskopach. Jest też super-twarda, co może oznaczać, że stanie się chętnie wykorzystywanym materiałem do produkcji wielu produktów - od gadżetów elektronicznych, po nowe auta.
Na razie jednak nowy materiał nie ma nawet swojej nazwy
Oczywiście to wszystko to na razie dość mocne gdybanie. Pamiętajmy, że Therrien dopiero co zaprezentował swoje odkrycie na konferencji naukowej. Zanim nowa struktura węgla znajdzie zastosowanie w jakiejkolwiek produkcji przemysłowej (o ile w ogóle znajdzie), minie jeszcze sporo czasu.
Zespół Therriena nie zdecydował jeszcze, jak nazwać nowy materiał. Jego robocza nazwa to U-carbon - U od unusual (czyli nietypowy),. Lecz Therrien, zainspirowany przez średniowiecznych alchemików, którzy na próżno szukali niezniszczalnego kamienia, chciałby nazwać odkrytą przez siebie strukturę węgla „adamantium”. Moim zdaniem to doskonały pomysł.
