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Carbyne : Une nouvelle forme de carbone plus résistante que le graphène – High-teK.ca

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Une nouvelle forme de carbone, appelée carbyne, est plus solide et plus rigide que n’importe quel matériau connu. En fait, le carbyne est environ deux fois plus résistant que le graphène et les nanotubes de carbone, qui étaient jusqu’à présent les matériaux les plus résistants avec une certaine marge. Carbyne possède une longue liste de propriétés inhabituelles et hautement souhaitables qui en font un matériau intéressant pour un large éventail d’applications, des dispositifs nanoélectroniques/spintroniques au stockage d’hydrogène en passant par les batteries à plus haute densité.

Aussi connu sous le nom de carbone acétylénique linéaire, le carbyne (non illustré ci-dessus ; c’est-à-dire des nanotubes de carbone) est une chaîne indéfiniment longue d’atomes de carbone qui sont reliés entre eux par des doubles liaisons séquentielles ou des liaisons simples et triples alternées (un polyyne). Jusqu’à présent, on savait très peu de choses sur le carbyne. Les astronomes pensent avoir détecté du carbyne dans des météorites et de la poussière interstellaire, et il y a quelques années, une chaîne de carbyne de 44 atomes a été synthétisée en laboratoire, mais nous avons très peu de connaissances pratiques sur ce qu’est le carbyne, comment il se forme et sa Propriétés. (Lis: Enfin confirmé : un astéroïde a anéanti les dinosaures.)

Pour rectifier cela, Mingjie Liu et ses collègues chercheurs de l’Université Rice ont entrepris de calculer les propriétés du carbyne à partir des premiers principes – une approche mathématique qui, compte tenu de notre compréhension intime des atomes de carbone, devrait nous donner un bon point de départ pour des recherches plus empiriques et expérimentales. travailler. Les chercheurs ont découvert que la carbyne est massivement forte (6,0–7,5×107N∙m/kg, contre 4,7–5,5×107 N∙m/kg pour graphène), une rigidité à la traction très élevée (il est presque impossible de l’étirer), assez stable chimiquement et pourtant étonnamment flexible.

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Plier une tige de carbyneBien que le carbyne ne puisse pas être étiré, il peut être plié en un arc ou un cercle – et ce faisant, la tension supplémentaire entre les atomes de carbone modifie la bande interdite électrique. Cette propriété pourrait conduire à des utilisations intéressantes dans les systèmes microélectromécaniques (MEMS). En ajoutant différentes molécules à l’extrémité d’une chaîne carbyne, comme un groupe méthylène (CH2), le carbyne peut également être tordu – un peu comme un brin d’ADN – en ajoutant à nouveau une contrainte et en modifiant la bande interdite électrique. En « décorant » les chaînes de carbyne avec différentes molécules, d’autres propriétés peuvent également être ajoutées : collez des atomes de calcium à l’extrémité, qui aiment éponger les molécules d’hydrogène de rechange, et vous obtenez soudainement une éponge de stockage d’hydrogène réversible à haute densité.

Il est également important de noter que, tout comme le graphène, le carbyne n’a qu’un seul atome d’épaisseur. Cela signifie que, pour une masse donnée de carbyne, sa surface est relativement massive. Un seul gramme de graphène, par exemple, a une surface d’environ cinq courts de tennis. Cela peut être très important dans des domaines comme le stockage d’énergie (batteries, supercondensateurs), où la surface de l’électrode est directement proportionnel à la densité d’énergie de l’appareil. Dans l’éponge de stockage d’hydrogène susmentionnée également, l’énorme surface de carbyne pourrait entraîner l’élimination d’une grande quantité d’hydrogène par rapport à la taille de l’appareil.

À l’avenir, le carbyne semble avoir de nombreuses propriétés souhaitables qui justifient une enquête plus approfondie. Grâce à des études antérieures, nous savons comment synthétiser de petites quantités de carbyne, mais nous devrons affiner nos procédés pour pouvoir l’étudier correctement. Compte tenu de ses propriétés étranges et désirables, nous ne serions pas surpris si le carbyne devenait rapidement la cible d’autant de recherches que le graphène et les nanotubes de carbone.

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Document de recherche: arXiv:1308.2258 – « Carbyne des premiers principes : chaîne d’atomes de C, un nanotige ou une nanocorde ?

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