Simulatie van het buigen van carbyn.

Eéndimensionale koolstof is sterker dan alle bekende materialen, en heel wat minder instabiel dan je zou verwachten. Dat melden onderzoekers van Rice University (VS) die dit zogeheten carbyn onlangs theoretisch hebben doorgerekend.

Zo’n carbynketen bestaat uit koolstofatomen die met dubbele bindingen aan elkaar zijn geregen (dan heet het cumuleen), of met om en om enkelvoudige en drievoudige bindingen (polyyn). Wellicht gaan beide vormen soms in elkaar over.

Maar al hebben verschillende chemici al beweerd dat ze het spul hadden gemaakt, is het sluitende bewijs daarvoor nooit geleverd. De meeste experts gaan er inmiddels van uit dat carbynen veel te instabiel zijn om lang te blijven bestaan: zodra er twee naast elkaar komen te liggen vormen ze direct een dimeer. Alleen in de interstellaire ruimte, waar ze elkaar zelden tegenkomen, zouden deze ketens gedurende langere tijd kunnen bestaan.

Op de Arxiv-website voor ongepeerreviewde documenten is nu te lezen hoe die carbynmoleculen zich mogelijk gedragen. áls ze bestaan. De berekeningen voorspellen ten eerste dat polyyn de stabiele vorm is. En ten tweede dat ongeveer 10 nanonewton nodig is om één zo’n keten stuk te trekken. Omgerekend levert dat een specifieke treksterkte van 6 tot 7,5 * 107 Nm/kg op, net iets meer dan grafeen, koolstofnanobuisjes en diamant halen. Daarbij is de trekstijfheid zelfs tweemaal zo groot als die van grafeen.

De flexibiliteit bij buigen ligt ergens tussen die van DNA en die van typische polymeren in. En met de torsiestijfheid is iets geks aan de hand. Hang je methyl-, fenyl-of hydroxylgroepen aan de uiteinden dan is die stijfheid nul en kunnen de onderdelen vrij roteren. Maar neem je amines of methyleen, dan gaan de elektronenbanen elkaar ineens dusdanig beïnvloeden dat het carbyn als torsiedemper gaat werken.

Tot slot geven de berekeningen aan dat de activeringsenergie voor het vormen van een crosslink tussen twee ketens ongeveer 0,6 eV is. Waar de onderzoekers weer uit afleiden dat carbyn in de gecondenseerde fase bij kamertemperatuur gewoon dagenlang goed moet kunnen blijven.

En nu de praktijk nog.

bron: MIT Technology Review

Onderwerpen