Po dekadach badań naukowcy stworzyli zupełnie nową formę węglaschwarzite. Otwiera drzwi do świata zupełnie nowych możliwości potencjalnych zastosowań w technologii.

 

Węgiel jest bardzo ciekawym pierwiastkiem, a czyste struktury węglowe mają wiele zastosowań i unikalnych właściwości. Jest cudownie różnorodny – od diamentów wykazujących się wyjątkową twardością po grafit, z którym styczność mamy choćby korzystając z ołówka. Diament I grafit są trójwymiarowymi strukturami węgla, ale atomy węgla mogą również tworzyć dwuwymiarowe struktury. Grafen – płaski arkusz atomów węgla, który jest nie tylko najsilniejszym materiałem na Ziemi, ale ma również wysoką przewodność elektryczną – jest taką właśnie strukturą. Nie można zapomnieć także o nanorurkach węglowych czy fulerenach. Teraz do tej licznej już rodziny dołączył schwarzite.

Chemicy z University of California, Berkeley, udowodnili, że trzy węglowe struktury ostatnio stworzone przez naukowców w Korei Południowej i Japonii są w rzeczywistości poszukiwanymi od dawna schwarzitami, których istnienie przewidywano od dawna. Praca na ten temat ukazała się w „Proceedings of the National Academy of Science”.

Nowe struktury zostały zbudowane wewnątrz zeolitów, krystalicznych form dwutlenku krzemu, które częściej stosowane jako środki zmiękczające wodę w detergentach do prania czy przy produkcji nawozów mineralnych lub benzyny. Do wnętrza zeolitu wstrzyknięto parę zawierającą cząsteczki węgla pozwalając węglowi zgrupować się w dwuwymiarowy arkusz podobny do grafenu otaczający ściany porów minerału. Poprzez naprężenia powierzchnie osiągają ujemną krzywiznę, jak siodło. Następnie wystarczy rozpuścić zeolit i mamy schwarzit.

Naukowcy z Japonii i Korei Południowej nie byli świadomi swojego odkrycia, nad którym chemicy pracowali od dekad. Schwarzite stworzyli przez przypadek badając właściwości tzw. węglów zeolitowych (zeolite-templated carbons – ZTC). Nikt na prace azjatyckich naukowców nie zwracał uwagi, dopóki nie zajęli się tym chemicy z USA.

Schwarzit zidentyfikował Efrem Braun ze swoimi kolegami z UC Berkeley. Badacze dokonali tego na podstawie ich ujemnej krzywizny. Przy okazji opracowali też sposób na przewidywanie, które zeolity będą się nadawały do wytworzenia schwarzitu.

– Mamy teraz przepis na to, jak tworzyć te struktury, co jest ważne, ponieważ jeśli będziemy mogli je stworzyć, możemy także zbadać ich właściwości – powiedział Berend Smit, ekspert w zakresie materiałów porowatych I struktur metaloorganicznych w UC Berkeley.

 

W oparciu o teoretyczne prace, chemicy przewidują, że schwarzity będą miały unikalne właściwości elektroniczne, magnetyczne i optyczne, dzięki którym będą przydatne jako superkondensatory, elektrody akumulatorowe i katalizatory.

W latach osiemdziesiątych XIX wieku niemiecki fizyk Hermann Schwarz badał ujemnie zakrzywione struktury przypominające powierzchnie bąbelków mydlanych, a kiedy teoretyczne prace nad cząsteczkami klatek węglowych nabrały rozpędu w latach 90. jego nazwisko zostało połączone z hipotetycznie zakrzywionymi arkuszami węglowymi. Stąd nazwa materiału.

Odkrycie fluerenów oraz grafemu uhonorowano nagrodami Nobla, odpowiednio w 1996 i 2010 roku. Badacze stojący za schwarzitem po cichu pewnie także liczą na sławę I Nobla.

 

 

 

 

Źródło: University of California – Berkeley, DziennikNaukowy, http://news.berkeley.edu/2018/08/13/long-sought-carbon-structure-joins-graphene-fullerene-family/