Sau 50 năm thách thức, lần đầu tiên các nhà khoa học đã tìm cách sản xuất ra được lượng lớn carbyne - chất liệu cứng nhất hành tinh.
Carbyne là một chuỗi các nguyên tử carbon dài vô hạn liên kết với nhau theo kiểu xen kẽ giữa liên kết đơn và liên kết ba. Loại vật liệu mới này có độ co giãn hơn bất kỳ loại vật liệu nào được biết đến trước đây,gấp đôi so với siêu vật liệu graphene và cứng gấp 40 lần kim cương. Nó là chất liệu "vô đối"xét về sức mạnh so với các loại vật liệu carbon khác.
Sự tồn tại của carbyne lần đầu tiên được đưa ra năm 1885 bởi Adolf von Baeyer. Các nhà khoa học có thể tạo ra được số lượng nhỏ carbyne qua thực nghiệm nhưng do nó rất khó nắm bắt nên chưa ai tạo ra được carbyne với độ dài quá 100 nguyên tử carbon.
Cho đến gần đây, trong một dự án do Thomas Pichler dẫn đầu, các nhà nghiên cứu của Đại học Vienna (Áo) đã phát triển ra cách hình thành sản phẩm vật liệu nói trên lớn nhất từ trước đến nay với hơn 6.400 nguyên tử carbon.
Để đạt được độ dài chuỗi carbon mới, họ tạo ra các ống nano hai lớp bằng cách cuộn hai lớp graphene. Chuỗi carbon siêu dài được phát triển bên trong môi trường ổn định được tạo ra trong ống này. Phương pháp mới cho phép nhóm nghiên cứu vượt qua kỷ lục trước đến 50 lần.
Tác giả nghiên cứu Lei Shi nói: “Bằng chứng thực nghiệm trực tiếp của chuỗi carbon tuyến tính siêu dài là một bước tiến đầy hứa hẹn trên con đường đi đến mục tiêu cuối cùng làm sáng tỏ thù hình của carbon với cấu trúc tinh thể 1D, carbyne".
(Thù hình của carbon là những dạng tồn tại khác nhau của carbon, chúng khác nhau về cấu trúc mạng nguyên tử mà các nguyên tử tinh khiết có thể tạo ra. Các dạng này có những ứng dụng khác nhau trong đời sống. Một số dạng như carbon vô định hình, graphit, kim cương, graphene).
Các nhà nghiên cứu cho rằng loại chất liệu này sẽ cực kỳ hữu ích trong việc phát triển những thiết bị siêu mạnh, siêu bền tương lai. “Công trình này cung cấp thêm một ví dụ cho thấy sự hiệu quả trong hợp tác giữa các thí nghiệm và lý thuyết để làm sáng tỏ và kiểm soát các tính chất điện tử và cơ học của các vật liệu carbon”, Angel Rubio phát biểu.
“Những thí nghiệm còn là kiểm nghiệm cơ bản cho nghiên cứu thực nghiệm liên quan đến điện tử và chuyển pha động lực học lượng tử trong hình học giới hạn được cho là không thể thực hiện trước đó”, nhà nghiên cứu vui mừng nói tiếp.
Để xác nhận lại sự tồn tại của các chuỗi, nhóm dự án đã sử dụng các loại quang phổ và X-quang tán xạ khác nhau. Các phát hiện cho thấy nó không chỉ ổn định ở điều kiện nhất định mà các tính chất điện của nó còn phụ thuộc vào độ dài của chuỗi.
Angel Rubio bổ sung: “Các tính chất cơ học và điện tử của carbyne rất đặc biệt… nó cho thấy nhiều khả năng lớn dùng trong thiết kế điện tử nano cũng như các thiết bị kính hiển vi”.
Các nhà hi vọng trong tương lai không xa có thể đưa ra quy trình và cách thức sản xuất carbyne hàng loạt.