单个原子厚的线型碳可能是最强韧的微观材料

据物理学家组织网10月9日报道，美国莱斯大学的研究团队利用计算机得出的计算结果显示，单个原子厚的线型碳（Carbyne）可能是已知最强韧的微观材料，超过了与其同为碳家族成员的石墨烯。如果能够实现批量制造，线型碳纳米棒或者纳米绳将展示出非凡的特性，在纳米机械系统、自旋电子器件、传感器、适于机械应用的超强超轻材料或储能领域都有广阔的前景。研究报告发表在本周出版的《美国化学学会·纳米》杂志上。

这种碳的线型同素异形体与只有一个原子厚的石墨烯薄片以及中空的碳纳米管不同，它是真正的一维材料。关于线型碳的理论早在19世纪就已出现。1960年，前苏联科学家首次合成了一种与之近似的材料。此后，科学家在压缩石墨中发现了线型碳，在星际尘埃中也检测到了它，并能够在实验室中少量地合成出来。

其他论文中对线型碳的特性都只有过只言片语的描述。为了详细了解这种材料，莱斯大学理论物理学家鲍里斯·雅各布松的研究团队利用计算机模型，通过第一性原理计算来确定原子的能量相互作用。结果表明，线型碳可能是稳定碳的最高能态。雅各布松说：“就碳元素而言，原子处于最低能态即所谓的基态的，是石墨，然后是金刚石、碳纳米管、富勒烯。我们认为，线型碳可能是一种处于最高能态的稳定结构。”

此外，他们还惊奇地发现，线型碳的带隙对扭曲非常敏感，这有助于研制探测扭力和磁场的传感器。

根据计算结果，研究团队为线型碳绘制了这样一幅“肖像”：抗张强度，即承受拉伸的能力，超过其他任何已知材料，是石墨烯的两倍；抗拉刚度是石墨烯和碳纳米管的两倍，金刚石的近3倍；仅对线型碳进行不到10％的拉伸，就能明显改变它的电子带隙；如果头尾连接旋转90度，它就变成了磁性半导体；线型碳分子链适合于储能；在室温下很稳定；名义比表面积大约是石墨烯的5倍，渗透性和吸附性强。

当他们的论文今年夏天被放到收录科学文献预印本的在线数据库arXiv上时，一度令众多科技和大众媒体激动不已。研究人员表示，他们的下一个方向将是更缜密地研究线型碳的导电性，同时也准备考虑一下化学元素周期表上的某些其他元素是否形成一维链。