Csempék ihlették a szuperszenet

2015.02.04. 19:59

Kemény, hőálló és érdekes módon nyúlik. Egy amerikai kutatóegyetemen jöttek rá, hogy még tovább lehet fejleszteni a szén nanoanyag kiváló tulajdonságait.

Csien Vang (Qian Wang), az amerikai Virginia Commonwealth University kutatóegyetem tanára egy pekingi étteremben vacsorázott a férjével, amikor felfigyelt a fal díszítésére. Az alkotás ötszögek mintázatát ábrázolta. Ez a jellegzetes díszítés gyakran előfordul Kairóban, az egyiptomi nagyvárosban utcákat köveznek ki, falakat csempéznek jellegzetes, ötszögekből álló mintával.

„Mondtam a férjemnek, ezt nézd csak meg! Ez a minta kizárólag ötszögekből áll. Lefényképeztem, és elküldtem a diákjaimnak azzal, hogy ellenőrizzék”. Így számol be Csien Vang arról, hogyan támadt az az ötlete, hogy a szénnek lehet egy újabb módosulata a hatszögekből felépülő grafén mellett. A szén legismertebb módosulata a gyémánt és a grafit, azonban a huszadik században felfedezték a szénatomok öt- és hatszögeiből álló, focilabda alakú fulleréneket, valamint a hatszögekből felépülő grafént és szén nanocsöveket.

A pentagrafén modellje. A kutatásban az amerikai fizikusok mellett a Pekingi Egyetem, a Kínai Tudományos Akadémia sanghaji központja, valamint a japán Tohoku Egyetem munkatársai vettek résztForrás: VNU NEWS/Brian W. Mcneill

A legújabb változat

Csien Vang a virginiai egyetem mellett a Pekingi Egyetemen is tanít, a kutatásba pedig a kínai kollégákon kívül japán szakembereket is bevont. A kutatócsoport igazolta, hogy a valóban létezhet a grafénen túl még egy változat a szénatomok elhelyezkedésére. „Kiderült, hogy nem csak nagyon szép ez a szerkezet, hanem nagyon egyszerű is” – mondja a kutató.

A pentagrafénnek nevezett módosulat jellegzetessége, hogy a szénatomok kizárólag ötszögekből összeálló rácsban helyezkednek el benne, számolt be az eredményről az amerikai egyetem híroldala, a VNU News. Ezzel ellentétben a grafén méhsejtszerű szénatomrács, kizárólag hatszögekből épül fel. A két, eltérő kristályszerkezetű módosulat abban hasonlít, hogy szinte elképzelhetetlenül vékonyak, mindössze egyetlen atomnyi rétegből állnak.

A grafén modelljeForrás: Wikimedia Commons/AlexanderAlUS

Ellenálló és jól nyúlik

A kutatók számítógépes modellezéssel vizsgálták a pentagrafén tulajdonságait. A számítások szerint a módosulat néhány téren felülmúlja még a „jövő anyagának” tartott grafén tulajdonságait is. Mechanikailag nagyon stabil, rendkívül kemény, és több mint 1000 Kelvin-fokos (726,8 Celsius-fok) hőmérsékletet is kibír. Az anyag emellett érdekes módon nyúlik. „Ha elkezdjük nyújtani a grafént,

az anyag a nyújtás irányában kitágul, és erre merőlegesen összehúzódik. Azonban a pentagrafén mindkét irányban nyúlik”

– magyarázza Puru Jena, a VCU fizikai tanszékének professzora, a kutatás másik vezetője. A pentagrafén továbbá félvezető. Ez azért figyelemre méltó, mert ha a grafént felcsavarjuk, nanocsövet kapunk, amely vagy fémes tulajdonságú, vagy félvezető. A pentagrafénból is lehet nanocsövet gyártani, ám minden esetben félvezető lesz – mondja Jena. A félvezetők alapvető fontosságúak az elektronikában, ilyen tulajdonságú anyagok nélkül nem létezne például sem tranzisztoros rádió, sem LED-világítás.

Az ötszög gyakran előforduló alakzat a természetben. A fotón egy hajnalkaForrás: Wikimedia Commons/Matias Ärje

A gyártás még hátravan

A következő lépés a pentagrafén létrehozása lesz, mert az anyag egyelőre csak számítógépes modell formájában létezik. A kutatócsoport meg van győződve róla, hogy sikerülni fog legyártani az anyagot, és nagy hasznát fogják venni az elektronikai iparban, a gyógyászatban és a nanotechnológiában. A kutatócsoport a pentagrafént bemutató tanulmányát az Amerikai Tudományos Akadémia folyóirata, a PNAS közölte.