Новости химической науки > Предсказана возможность существования пентаграфена

Исследователи из Университетов Вирджинии, Китая и Японии провели теоретические исследования, с помощью которых предсказали возможность существования новой аллотропной фазы углерода – пентаграфена (penta-graphene), а также изучили ее свойства.

Материал, существование которого предсказано, получил название пентаграфен. Он представляет собой слой углерода толщиной в один атом, в котором, в отличие от уже известного графена, атомы углерода расположены в вершинах правильных пятиугольников. Топологией пентаграфен напоминает каирскую плитку, которой вымощены некоторые улицы столицы Египта; расчеты показывают, что пентаграфен должен отличаться динамической, термической и механической устойчивостью.

Как отмечает руководитель исследования, Пуру Джина (Puru Jena), в последние десятилетия были открыты три новых аллотропных модификации углерода – фуллерен, нанотрубки и графен; пентаграфен, существование которого предсказано в результате компьютерного моделирования, также принадлежит к этой категории аллотропных модификаций углерода с двумерной топологией связывания. Большая часть форм углерода состоит из шестиугольных строительных блоков, к которым в ряде случаев бывают «подмешаны» пятиугольники. Пентаграфен должен быть уникальной двумерной аллотропной модификацией углерода, состоящей только из пятиугольников.

Пентаграфен, существование которого предсказано методами компьютерного моделирования, должен отличаться динамической, термической и механической устойчивостью. (Рисунок из Proceedings of the National Academy of Sciences, 2015, doi: 10.1073/pnas.1416591112)

Результаты компьютерного моделирования свойств пентаграфена показывают, что ряд свойств этого материала должен превосходить свойства «обычного», шестиугольного графена. Так, пентаграфен должен характеризоваться более высокой механической прочностью, в том числе и прочностью на разрыв, а также выдерживать температуры вплоть до 1000 К.

По словам Джины, у пентаграфена должно быть несколько интересных и необычных свойств. Так, например, он должен проявлять свойства полупроводника, а не проводника, как классический графен. Если графен свернуть в нанотрубку, то полученная нанотрубка может проявлять как металлическую, так и полупроводниковую проводимость. Джина говорит, что если свернуть пентаграфен, также получится нанотрубка, но она будет проявлять уже только полупроводниковые свойства.

По словам исследователей, также необычным является механизм растяжения пентаграфена. Если растягивать графен, он растягивается в направлении, в котором приложена нагрузка, но сжимается в направлении перпендикулярном, а пентаграфен при приложении усилия должен растягиваться в обоих направлениях. Расчеты также показывают, что пентаграфен должен отличаться отрицательным соотношением Пуассона (Negative Poisson's Ratio), что также может обусловить применение нового материала в электронике, биомедицине, нанотехнологии и других областях.

Дело осталось за малым – нужно всего лишь синтезировать пентаграфен и подтвердить (или опровергнуть) результаты расчетов. Тем не менее, Джина уверен, что такой синтез удастся осуществить рано или поздно, приводя в пример когда-то бытовавшее неверие о возможности синтеза алмазов из графита. Исследователь надеется, что синтез пентаграфена, когда он будет осуществлен, откроет новую эру в химии углерода и углеродных материалов.

Источник: Proceedings of the National Academy of Sciences, 2015, doi: 10.1073/pnas.1416591112

метки статьи: #графен, #квантовая химия, #нанотехнологии, #неорганическая химия