Nuevo material el carbino, más fuerte que el grafeno y el diamante

El sexto elemento – el carbono – nos ha dado una abundancia increíble de materiales extraordinarios. Una vez hubo simplemente carbono, grafito y diamante, pero en años recientes los químicos han añadido buckybolas, nanotubos y cualquier número de formas exóticas creadas a partir de grafeno, el equivalente molecular del alambre de gallinero.

Así que es difícil creer que el carbono tiene más sorpresas bajo la manga. Y sin embargo, Mingjie Liu y sus colegas de la Universidad de Rice en Houston han calculado las propiedades de otra forma de carbono que es más fuerte, más rígida y más exótica que cualquier cosa que los químicos hayan visto antes.

El nuevo material se llama carbino. Es una cadena de átomos de carbono que están conectados, ya sea mediante enlaces triples y simples alternos, o por enlaces dobles consecutivos.

El carbino es una especie de misterio. Los astrónomos creen haber detectado su firma en el espacio interestelar, pero los químicos han estado discutiendo durante décadas sobre si alguna vez lo han creado en la Tierra. Hace un par de años, sin embargo, sintetizaron cadenas de carbino de hasta 44 átomos de largo en una solución.

Hasta ahora se ha pensando que el carbino debe ser extremadamente inestable. De hecho, algunos científicos calculan que si dos cadenas de carbino entran en contacto reaccionarían de forma explosiva.

Sin embargo, los especialistas en nanotecnología se han fascinado con el potencial de este material, ya que debe ser fuerte y duro, y por lo tanto útil, pero nadie ha sabido exactamente qué tan fuerte y duro es en realidad.

Ahora, Liu y sus colegas, a partir de los principios fundamentales de las propiedades macroscópicas del carbino, han realizado cálculos que indican que el carbino es dos veces más rígido que los materiales más rígidos que se conocen. Así por ejemplo, los nanotubos de carbono y el grafeno tienen una rigidez de 4,5 x 10^8 Nm/kg, en cambio el carbino los supera con una rigidez de alrededor de 10^9 Nm/kg.

Igual de impresionante es la fuerza de este nuevo material. Liu y sus colegas calculan que se necesitan alrededor de 10 nanonewtons para romper una sola hebra de carbino. “Esta fuerza se traduce en una fuerza específica de 6,0-7,5 x 10 ^ 7 N ∙ m / kg, lo que de manera significativa supera a cualquier otro material conocido, incluyendo al grafeno (4,7 a 5,5 × 10 ^ 7 N ∙ m / kg), los nanotubos de carbono (4,3- 5,0 × 10 ^ 7 N ∙ m / kg), y el diamante (2,5 a 6,5 × 10 “7 N ∙ m/kg4)”, dicen los investigadores.

El carbino también tiene otras propiedades interesantes. Su flexibilidad está entre la de un polímero típico y la del ADN de doble cadena. Y cuando se retuerce, o bien puede girar libremente, o se puede volver rígido a la torsión, dependiendo del grupo químico al que esté unido en su extremo.

Quizá lo más interesante del estudio de los investigadores es su cálculo de la estabilidad del carbino. Están de acuerdo en que dos cadenas en contacto pueden reaccionar, pero hay una barrera de activación que impide que esto ocurra rápidamente. Los investigadores concluyen que esta barrera sugiere la viabilidad del carbino en fase condensada a temperatura ambiente en el orden de días.

Esto podría conducir a nanomáquinas exóticas, tales como dispositivos de nanoelectrónica y espintrónica. Teniendo en cuenta los avances que se están realizando en la fabricación de este material, es posible que no tengamos que esperar mucho tiempo antes de que alguien comience a aprovechar las propiedades mecánicas extraordinarias del carbino.

El estudio se publica en arXiv.

Fuente: MIT Technology Review y cienciaaldia.com