Molekula fullerenu C60. Pixabay License. Volné pro komerční užití

Uhlík se zápornou křivostí nepřipravili, ale jiný zajímavý materiál ano

Grafit/grafen a fullereny představují modifikace uhlíku s hybridizací sp2, kdy je každý atom uhlíku navázán na tři sousední. Grafen má přitom nulovou křivost, fullereny kladnou (kulovou), kdy se stáčejí dovnitř. Nemohla by existovat i forma uhlíku se zápornou křivostí, hyperbolickou, „rozbíhající se od sebe“?
Příslušné geometrie se probírají např. v kosmologických debatách o povaze vesmíru. Sférická (eliptická) geometrie umožňuje třeba celkem intuitivně pochopitelný model vesmíru, který je konečný a do sebe uzavřený, ale bez hranic (další analogie často zmiňovaná v této souvislosti: 2D hmyz lezoucí po kouli atd.). Hyperbolická geometrie je „sedlová“.
Nicméně zpět k uhlíku. Hyperbolická modifikace (alotrop) získal již název (schwarzit, schwarzite), nicméně dosud jde o materiál pouze teoretický. Výzkumníci se pokoušeli tento materiál připravit napařováním uhlíku do struktury póru zeolitů, ale schwarzit se tímto způsobem získat dosud nepodařilo. Vědci z jihokorejského Institute for Basic Science a čínské University of Science and Technology nyní v celém úsilí pokračovali.
Novou formu uhlíku se jim podařilo vytvořit z populárního fullerenu C60 (buckyball, „kopací míč“). Ten pomalu zahřívali spolu s nitridem lithia Li3N (modifikace alfa) za běžného tlaku. Nitrid lithia přitom prostřednictvím přenosu elektronů katalyzoval rozbíjení některých vazeb mezi atomy uhlíku v molekule C60 a naopak vytváření vazeb mezi sousedními molekulami.
Vědci takto vzniklý materiál pojmenovali jako porézní uhlík uspořádaný na velkou vzdálenost (long-range ordered porous carbon, LOPC). Materiál se skládá z rozbitých klecí fullerenu C60 navázaných na sousedy. Jednotky/klece mají různou podobu, periodicita funguje spíše na větší vzdálenosti (poznámka: nejspíš nějak přibližně). Takové uspořádání je každopádně dost nezvyklé.
Ke vzniku struktur LOPC dochází za úzkých rozmezí teplot a poměru uhlíku a Li3N. Dle provedených experimentů je potřeba zahřát směs na 550 °C s poměrem uhlíku a Li3N 5:1. Teplota pod 480 °C nebo nižší obsah Li3N ve směsi znamenají, že v molekulách C60 nedojde k rozpadu vazeb a místo toho se spojí a vytvoří krystalický polymer C60. Ten se při opětovném zahřátí rozpadne zpět na jednotlivé molekuly fullerenu. Příliš velké množství Li3N nebo teplota nad 600 °C zase vedou k úplnému rozpadu fullerenových „klecí“.
Právě proto, že jednotlivé klece v nově připravené formě uhlíku se liší, nebyla snadná ani analýza celé struktury. Autoři studie vedle sebe použili celou řadu technik. V průvodní tiskové zprávě ze uvádí rentgenová difrakce, Ramanova spektroskopie, transmisní elektronová mikroskopie s aberační korekcí, neutronový rozptyl a NMR spektroskopie v pevné fázi („magic-angle spinning solid-state nuclear magnetic resonance spectroscopy“). Závěr má znít, že LOPC je matestabilní struktura vznikající při přechodu mezi uhlíkem fullerenového a grafenového typu.
Schwarzit to tedy není, čili zde bude muset uspět někdo jiný. Nicméně i tak připravená forma slibuje uhlíkové materiály s novými vlastnostmi. Dále lze zkusit samozřejmě vyjít jiných fullerenů (C70, C76, C84…) nebo ze struktur, kdy je v příslušné kleci navíc uzavřen další prvek typu lanthanu. Vyvinutá metoda syntézy by měla být snadno škálovatelná, umožňující získávat produkt ve cca libovolném množství.

Yanwu Zhu, Long-range ordered porous carbons produced from C60, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-022-05532-0. www.nature.com/articles/s41586-022-05532-0
Zdroj: Institute for Basic Science a další

New Horizons prozkoumává Kuiperův pás

Nová pozorování pořízená sondou New Horizons naznačují, že by Kuiperův pás (rozlehlá a vzdálená oblast …

3 comments

  1. Největší problém pro přípravu Schwarzitu asi bude to, že plocha s (konstatntní) zápornou křivostí se nedá nacpat do třírozměrného prostoru, potřebuje minimálně čtyři rozměry. Proto také koule je skutečně plocha s kladnou křivostí, zatímco ta sedla se uvádějí jen jako analogie plochy se zápornou křivostí.

  2. https://en.wikipedia.org/wiki/Pseudosphere

    u pseudosfery pisou, ze ma konstantni zapornou krivost a je to objekt 3d sveta.

  3. Co si tak pamatuji z hodin matematiky, tak ta „Pseudosphere“ má konce protaženy do nekonečna, což by tedy mohlo značit, že její zobrazení ve 3D je trochu problematické.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close