پژوهشگران سرانجام موفق شده‌اند دایاموندی‌آین، ساختاری از کربن که بیش از سه دهه فقط در حد نظریه وجود داشت، به‌طور آزمایشگاهی بسازند. این ماده شبکه‌ای سه‌بعدی و متخلخل دارد و از نظر ساختاری می‌تواند پلی میان شیمی آلوتروپ‌های کربنی و مواد متخلخلی مانند چارچوب‌های فلزی ـ آلی ایجاد کند.
توانایی اتم کربن در تشکیل چهار پیوند، دلیل تنوع خارق‌العاده ترکیبات کربنی است. کربن حتی با خودش نیز می‌تواند به شکل‌های بسیار متفاوتی پیوند برقرار کند و آلوتروپ‌هایی مانند گرافیت، الماس، فولرن‌ها، نانولوله‌های کربنی و گرافن را بسازد.مطالب بیشتر
دایاموندی‌آین یکی از ساختارهایی بود که دهه‌ها فقط به‌صورت نظری پیش‌بینی شده بود. در این ساختار، اتم‌های کربن آرایشی چهاروجهی دارند و از طریق زنجیره‌هایی شامل پیوندهای سه‌گانه به یکدیگر متصل می‌شوند. حاصل، شبکه‌ای با توپولوژی مشابه الماس اما بسیار بازتر و متخلخل‌تر است.
کارل بوریشون از دانشگاه گوتنبرگ و همکارانش اکنون نشان داده‌اند که می‌توان این ساختار را واقعاً ساخت. آن‌ها دو فاز مایع حاوی پیش‌ماده کربنی و فلورید مس را در تماس با یکدیگر قرار دادند. واکنش در مرز میان دو مایع رخ داد و فیلمی کربنی حاوی بلورهای دایاموندی‌آین تشکیل شد.
برخلاف الماس، تولید این ساختار به فشارهای بسیار بالا نیاز ندارد. پژوهشگران با میکروسکوپ الکترونی الگوهای بلوری‌ای مشاهده کردند که با ساختار نظری دایاموندی‌آین تطابق داشتند. در بهترین نواحی، نظم بلوری در حجمی در حدود ۱۰ نانومتر در هر بُعد مشاهده شد.
با این حال، ماده تولیدشده هنوز کاملاً یکنواخت نیست و بلورهای دایاموندی‌آین درون یک فیلم عمدتاً کربنی پراکنده‌اند. حتی اختلال‌های کوچک هنگام رشد می‌توانند باعث شوند اتم‌های کربن به شکل‌های دیگری متصل شوند؛ بنابراین تا تولید انبوه و کنترل‌شده آن هنوز فاصله وجود دارد.
اهمیت اصلی این ماده سه‌بعدی بودن آن است. بسیاری از آلوتروپ‌های جدید کربن ساختارهای صفر، یک یا دوبعدی دارند، اما طبق مقاله پژوهشی جدید، دایاموندی‌آین پس از الماس دومین آلوتروپ شناخته‌شده کربن است که شبکه‌ای از پیوندهای کووالانسی را در هر سه بُعد تشکیل می‌دهد. این ساختار دارای ترکیبی از هیبریداسیون‌های sp و sp³ است.
فضاهای خالی موجود در شبکه می‌توانند در آینده برای عبور، به دام انداختن یا انتقال اتم‌ها و مولکول‌های کوچک مورد استفاده قرار گیرند؛ مفهومی که تا حدی یادآور چارچوب‌های فلزی ـ آلی یا MOFهاست، اما در اینجا شبکه اصلی کاملاً از کربن ساخته شده است.
این حوزه با چند دستاورد نوبلی نیز ارتباط دارد: کشف فولرن‌ها جایزه نوبل شیمی ۱۹۹۶ را به همراه داشت، پژوهش‌های بنیادی درباره گرافن برنده نوبل فیزیک ۲۰۱۰ شد و توسعه چارچوب‌های فلزی ـ آلی نیز جایزه نوبل شیمی ۲۰۲۵ را دریافت کرد.
💡اتاق گفتگوی علم و آگاهی
منبع:
Angewandte Chemie International Edition
#کربن
#شیمی
#علم‌مواد
#نانوفناوری