Naukowcy z Boston College oraz Nagoya University w Japonii otrzymali pierwszy przykład nowej, grafeno-podobnej odmiany węgla. Nowy materiał składa się z wielu identycznych fragmentów nadzwyczajnie zdeformowanego grafenu, a każdy składa się dokładnie z 80 atomów węgla połączonych ze sobą w sieć 26 pierścieni otoczonych 30 atomami wodoru. Jako że mierzą nieco ponad jeden nanometr, te pojedyncze molekuły określane są nanokarbonami lub znacznie dokładniej – “intensywnie zdeformowanym nanografenem”.
Do niedawna uważano iż węgiel posiada dwie odmiany alotropowe – diament i grafit. Następnie w 1985 roku, chemicy byli oszołomieni odkryciem możliwości połączeń atomów węgla w puste w środku kule zwane fulerenami. Od tego przełomowego momentu, w dziedzinie badań nad węglem w ciągu następnych kilkudziesięciu lat odkryto znane nanorurki węglowe, a ostatnim niezwykłym “super materiałem” (jak określają go media) jest grafen za który otrzymano nagrodę Nobla z fizyki w 2010. Dla porównania nagroda Nobla za odkrycie fulerenów została przyznana w 1996 roku w dziedzinie chemii, co stanowi 14 lat różnicy.
Grafen jako monowarstwa węgla o grubości jednego atomu jest teoretycznie płaską strukturą, jednak w praktyce występują niewielkie odchylenia od płaszczyzny czy też pofałdowania jego powierzchni, nie zauważalne w skali makro ani mikro. Nowo odkryta forma węgla, jest niesamowicie zniekształcona z powodu obecności bardzo dużego nagromadzenia wad struktury, inaczej mówiąc pierścieni pięcio i siedmio członowych wbudowanych w heksagonalną sieć plastra miodu.
Nieparzyste pierścienie nie tylko zakłócają usytuowanie prawidłowych pierścieni benzenowych, odkształcając strukturę od płaszczyzny, ale również zmieniają własności fizyczne, optyczne i elektryczne lecz nie koniecznie na gorsze. Nowo otrzymany nanografen jest znacznie lepiej rozpuszczalny niż grafen planarny o porównywalnej wielkości, występują również wyraźne różnice w barwie obu materiałów. Badania elektrochemiczne wykazały że w obu przypadkach proces utleniania zachodzi z jednakową szybkością, jednak zdeformowany nanografen znacznie trudniej poddaje się redukcji.
Grafen jest również bardzo dobrze zapowiadającym się materiałem dla nanoelektroniki, i wkrótce może zrewolucjonizować tę dziedzinę nauki tak jak wiele innych. Dzięki coraz głębszemu poznaniu jego natury, defektów strukturalnych oraz innych jego form, naukowcy mogą skutecznie manipulować jego strukturą wprowadzając nieparzyste pierścienie w celu poprawy własności elektrycznych, a co najistotniejsze – modyfikować grafen i jego własności za pomocą precyzyjnie kontrolowanej syntezy chemicznej.
Źródło:
[1] A grossly warped nanographene and the consequences of multiple odd-membered-ring defects – Katsuaki Kawasumi, Qianyan Zhang, Yasutomo Segawa, Lawrence T. Scott & Kenichiro Itami – Nature Chemistry (2013)
[2] Wasps nest by Decar66, flickr.com, CC by 2.0