Ученые из университета Содружества Вирджинии (Virginia Commonwealth Univ., VCU) и некоторых других университетов из Китая и Японии обнаружили новую структурную разновидность углерода, получившую название пентаграфен (penta-graphene).
Этот материал, как и обычный графен, является формой углерода одноатомной толщины, однако, структура его плоской кристаллической решетки составлена не из правильных шестиугольников, как у обычного графена, а из пятиугольников. И, согласно проведенным предварительным расчетам, пентаграфен должен обладать высокой химической стабильностью, устойчивостью к воздействиям высокой температуры, механической прочностью и другими уникальными характеристиками.
“У всех обнаруживаемых в последнее время форм углерода, у фуллеренов, углеродных нанотрубок и графена, имеется своя уникальная структура кристаллической решетки” – рассказывает Пуру Йена (Puru Jena), ученая-физик из университета Содружества Вирджинии, – “И пентаграфен с его уникальной пятигранной структурой полностью вписывается в это “углеродное” семейство, становясь его частью”. Большинство форм углерода имеет кристаллическую решетку, состоящую из правильных шестиугольников, иногда перемешиваемых с пятиугольниками.
Но пентаграфен является уникальной двухмерной аллотропной формой углерода, состоящего исключительно из пятиугольников. При помощи компьютерного моделирования ученые уже рассчитали все параметры синтеза пентаграфена. Результаты математического моделирования указывают на то, что пентаграфен будет выигрывать у графена по целому ряду свойств, что можно использовать в самых различных областях. “Вам наверняка известно выражение “вечный как алмаз”” – рассказывает Пуру Йена, – “Это верно в первую очередь из-за того, что для преобразования алмаза в другую форму углерода требуется значительная энергия. И в случае с пентографеном дело будет обстоять точно также”.
Кроме всего прочего, математическое моделирование показывает, что в отличие от графена, который является токопроводящим материалом, пентаграфен изначально будет полупроводниковым материалом. “Когда мы берем графен и сворачиваем его в углеродную нанотрубку, она, нанотрубка, может быть проводником или полупроводником в зависимости от некоторых условий” – рассказывает Пуру Йена, – “Однако, если свернуть нанотрубку из пентаграфена, она всегда будет оставаться полупроводником”.
Необычные свойства пентаграфена проявляются и при его физической деформации. “Если попытаться растянуть кусок графена, он растянется в направлении прикладываемого усилия и сузится в перпендикулярном направлении, как кусок резины” – рассказывает Пуру Йена, – “Но если попытаться растянуть кусок пентаграфена, он начнет расширяться сразу во всех направлениях”.
Все вышеперечисленные уникальные свойства пентаграфена делают этот материал очень и очень перспективным с точки зрения его использования в электронике, биомедицине, нанотехнологиях и во множестве других областей. Но прежде чем начать исследования этого перспективного материала, ученым потребуется синтезировать первые его образцы. “Как только мы синтезируем образцы пентаграфена, мы получим стабильный материал, который практически невозможно будет разрушить” – рассказывает Пуру Йена, – “У нас уже имеется несколько идей по поводу технологии синтеза пентаграфена. И, несмотря на то, что все это было сделано по результатам математического моделирования, мы надеемся на успешное воплощение этих идей в реальности. Если синтез пентаграфена будет произведен, то это откроет полностью новый раздел в науке, посвященной различным формам углерода, который, в свою очередь, послужит основой множества открытий в других смежных областях науки и техники”.