شكل جديد من الكربون: "النانو جرافين" الملفوف.

وتتكون المادة الجديدة من عدد من القطع المتطابقة من الجرافين الملتوي تقريبًا، حيث تحتوي كل قطعة من هذه القطع بالضبط على 80 ذرة كربون متصلة معًا في شبكة مكونة من 26 حلقة، إلى جانب 30 ذرة هيدروجين "تزين" حواف الحلقات. وبما أن قطر الجزيئات الفردية يزيد قليلاً عن نانومتر واحد، فيشار إليها باسم "الكربونات النانوية" أو بشكل أكثر دقة "النانوغرافينات الملفوفة بشكل خشن".

في النسخة الإلكترونية من المجلة العلمية Nature Chemistry، أفاد كيميائيون من كلية بوسطن وجامعة ناغويا في اليابان أنهم نجحوا في تصنيع المثال الأول لشكل جديد من الكربون يتضمن بنية "نانوجرافين" ملفوفة غير منتظمة.

وتتكون المادة الجديدة من عدد من القطع المتطابقة من الجرافين الملتوي تقريبًا، حيث تحتوي كل قطعة من هذه القطع بالضبط على 80 ذرة كربون متصلة معًا في شبكة مكونة من 26 حلقة، إلى جانب 30 ذرة هيدروجين "تزين" حواف الحلقات. وبما أن قطر الجزيئات الفردية يزيد قليلاً عن نانومتر واحد، فيشار إليها باسم "الكربونات النانوية" أو بشكل أكثر دقة "النانوغرافينات الملفوفة بشكل خشن".

حتى وقت قريب، اكتشف العلماء شكلين فقط من الكربون النقي: الماس والجرافيت. ثم في عام 1985، اندهش الكيميائيون من اكتشاف أن ذرات الكربون يمكن أن تتحد معًا لتشكل كرات مجوفة، والتي أطلق عليها اسم الفوليرين. منذ ذلك الحين، تعلم العلماء أيضًا كيفية صنع أنابيب مجوفة رفيعة للغاية وطويلة من ذرات الكربون، تسمى أنابيب الكربون النانوية، بالإضافة إلى صفائح مسطحة فردية من ذرات الكربون، تُعرف باسم الجرافين. وقد حصل اكتشاف الفوليرين على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1996، كما حصل تحضير الجرافين على جائزة نوبل في الفيزياء عام 2010.

ترتب صفائح الجرافين نفسها في أنماط مسطحة ومستوية ثنائية الأبعاد نتيجة للبنية السداسية لحلقات الكربون التي تشكل الشبكة بأكملها، على غرار بنية قرص العسل. في المقابل، فإن شكل الكربون المكتشف حديثًا لا يميل إلى أن يكون مسطحًا وملتويًا بسبب وجود 5 حلقات مملوءة وحلقة خماسية واحدة مدمجة في الشبكة الشاملة. هذه العيوب، نتيجة وجود حلقات ذات عدد فردي من ذرات الكربون، لا تؤدي فقط إلى تدمير الشكل الهندسي المسطح للصفائح، ولكنها تغير أيضًا الخصائص الفيزيائية والبصرية والإلكترونية لهذه المادة مقارنة بألواح الجرافين.

يقول الباحث الرئيسي: "إن مادتنا الجديدة أكثر قابلية للذوبان من نظيرتها المسطحة ذات الحجم نفسه". وبالإضافة إلى ذلك، فإن المواد لها لون مختلف. أظهرت القياسات الكهروكيميائية أن كلا الشكلين يتأكسدان بنفس السهولة، لكن إعادة إنتاج الشكل الجديد أكثر صعوبة.

يعتبر الجرافين منذ فترة طويلة مادة متقدمة في مجال المكونات الإلكترونية النانوية. أثبت الباحثون أنه من خلال إدخال عيوب الحلقات التي تحتوي على عدد فردي من ذرات الكربون في شبكة الجرافين، يمكن تغيير خصائصها الإلكترونية وتعديلها بطريقة يمكن التنبؤ بها عن طريق التخليق الكيميائي المتحكم فيه.

أخبار الدراسة