碳炔(carbyne, 亦有譯作“卡拜”、“線型碳”),由單鏈的碳原子連接而成,為目前理論上已知最硬的材料。
碳炔是碳原子聚集在一起形成的鏈,這些碳原子通過雙鍵或者交替的單鍵和三鍵連接在一起。碳炔已被證明比鋼強200多倍,是石墨烯抗拉強度的2倍,石墨烯是前一屆的納米材料強度冠軍。 最近科學家透過理論計算預測,這種新穎材料除了硬,還具備特殊的導電性質,可以藉由拉扯從導體變成半導體甚至是絕緣體!
在過去幾個世紀裡,材料工程師一直致力於發展更強大的材料。金屬曾經一馬當先,而在最近幾十年裡納米材料證明他們是地球上最強的材料。
雖然碳炔過去已經在室溫下合成,科學家們還沒有找到一個方法來批量生產該材料。如果這個突破可以實現,這個新時代的輕、強的材料將會影響地球和太空中的產業。
硬度不是說鑽石是 10嗎?
扭矩(牛頓. 米)
牛頓*米除以 9.8 就是 公斤重*米
這 牛頓米/千克 那種單位?
碳納米管和石墨烯的硬度為4.5×108牛頓米/千克,而碳炔則能達到109牛頓米/千克。 碳炔具有無與倫比的強度,需要施加10納米牛(nanoNewtons)的外力才能破壞其單鏈結構。如果轉化為強度,可達6.0至7.5×107牛頓米/千克,超過了石墨烯的4.7至5.5×107牛頓米每/克,碳納米管的4.3至5.0×107牛頓米/千克和金剛石的2.5至6.5×107牛頓米/千克。
回到材料與分子化學,碳單鍵的強度本來就不差,但鍵結的兩方原子可以繞著單鍵轉動,所以分子鏈是柔性的,不是剛硬的固定在那邊。
碳雙鍵的強度比單鍵高,三鍵又比雙鍵高,不過雙鍵跟三鍵的鍵結,會造成兩個碳原子間的電子涵蓋的範圍越大,反而增強了分子與分子間的凡得瓦力。這種力有時是吸引力、有時是排斥力。若是凡得瓦力在一定的分子排列下是排斥力,則固態的分子容易變型,硬度也就無法提升。
這就是為什麼石墨烯分子有碳單鍵與碳雙鍵,雙鍵的比例還不少,但只要在水平方向施力,就會有一層一層的位移現象,因為每一層石墨烯分子間靠的是凡得瓦力將其固定,這種吸引力不是穩定的。
我認為人類一定可以開發出以碳纖維為主體的超合金,但需要更扎實的理論基礎做後盾,不是做幾個硬度模型測試就可以的。
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