Ďalší grafén? Nová forma čistého uhlíka sľubuje množstvo aplikácií

Fyzik Joel Therrien z University of Massachusetts v Lowell predstavil 4. novembra na Medzinárodnom sympóziu o klastroch a nanomateriáloch vo Virgínii, USA  novú formu uhlíka nazývanú „U-carbon“. Tento materiál sa má vyznačovať vysokou tvrdosťou (väčšou ako nehrdzavejúca oceľ) a vodivosťou a odrazivosťou ako leštené hliníkové zrkadlo. Možno najviac prekvapujúce je, že látka sa javí ako feromagnetická a správa sa ako permanentný magnet pri teplotách do 125 °C.  Tento objav by mohol viesť k ľahkým poťahom, zdravotníckym výrobkom a novým elektronickým zariadeniam. Keďže uhlík je omnoho ľahší ako iné feromagnetické prvky, ako je napríklad mangán, nikel a železo a v tele je netoxický, U-carbon by mohol byť použitý pri výrobe biosenzorov alebo nosičov dodávajúcich lieky, ktoré by sa dali magneticky vyšetrovať alebo smerovať do chorých tkanív.

K objavu U-carbonu došlo náhodou pred dvoma rokmi pri neúspešným pokusom o syntézu pentagrafénu. Modely molekulárnej dynamiky predpovedajú, že atómy uhlíka tvoria vlnité vrstvy obložené šesť- alebo 12-atómovými kruhmi a navzájom spojené kovalentnými väzbami. Naproti tomu grafit pozostáva z plochých uhlíkových vrstiev, ktoré sa voľne posúvajú. Výsledky difrakčných a mikroštruktúrnych analýz podporujú predpokladanú štruktúru. Predpokladá sa, že väzby v materiáli sú tvorené zdieľanými elektrónmi v zmesi konkrétnych orbitálnych nábojov – väzbami sp² a sp³.

Lesklé filmy z nového materiálu s hrúbkou do 1 mikrónu, vytvorené v peciach na chemickú depozíciu pár.

 

Therrien demonštroval magnetizmus tým, že ukázal video milimetrových vločiek látky suspendovanej vo vodnej kvapôčke. Keď pomaly mával nad vodou malým tyčovým magnet, vločky ho sledovali tam a späť. Vedec tvrdí, že materiál zostáva magnetický aj pri zvýšených teplotách, pri ktorých motory a počítače typicky pracujú.

Zaujímavé sú aj optické vlastnosti tohto materiálu. Merania tímu naznačujú, že vrstva s hrúbkou iba 50 nanometrov odráža viac ako 90% prichádzajúceho svetla pri vlnových dĺžkach od vzdialeného ultrafialového žiarenia po stredné infračervené žiarenie. Tento atribút by z neho mohol urobiť užitočný reflexný povlak odolnejší ako štandardný hliník pre zrkadlá v kamerách a ďalekohľadoch.

Pomalým zohrievaním na 1 000 °C sa tlmí jeho lesk a mení sa na polovodič s bandgapom podobným ako v prípade amorfného kremíka, ktorý môže zmeniť svetlo na elektrinu. To z neho robí materiál vhodný pre fotovoltaické články.

Skupina sa zatiaľ nezhodla na názve záhadného materiálu. Používajú zatiaľ U-carbon (U –  neobvyklý) ako aj adamantia.

Výsledky výskumu boli zatiaľ prezentované iba na konferenciu. Čas ukáže, či sa tento nový zázračný materiál podarí pripraviť aj iným skupinám a či sa potvrdia prezentované vlastnosti U-carbonu.

 

Zdroj: sciencemag.org

Spracovala: M. Sojková