I ricercatori della Virginia Commonwealth University e delle università in Cina e Giappone hanno scoperto una nuova variante strutturale del carbonio chiamata "penta-grafene", un foglio molto sottile di puro carbonio che ha una struttura unica ispirata a un motivo pentagonale di piastrelle trovate pavimentando le strade di Cairo.

Il materiale appena scoperto, chiamato penta-grafene, è un singolo strato di pentagoni in carbonio che ricorda la piastrellatura del Cairo, e questo sembra essere dinamico, termicamente e meccanicamente stabile.

"Le ultime tre importanti forme di carbonio che sono state scoperte erano il fullerene, il nanotubo e il grafene. Ognuno di loro ha una struttura unica. Il penta-grafene apparterrà a quella categoria, " ha detto l'autore senior del giornale, Puru Jena, dottorato di ricerca, illustre professore nel Dipartimento di Fisica del College of Humanities and Sciences della VCU.

Il documento dei ricercatori, "Penta-grafene:un nuovo allotropo di carbonio, " apparirà sul giornale Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , e si basa su una ricerca avviata presso l'Università di Pechino e la VCU.

Qian Wang, dottorato di ricerca, un professore all'Università di Pechino e un professore a contratto alla VCU, Stava cenando in un ristorante a Pechino con suo marito quando ha notato un'opera d'arte sul muro raffigurante piastrelle del pentagono dalle strade del Cairo.

"Ho detto a mio marito, "Venire, vedere! Questo è uno schema composto solo da pentagoni, '", ha detto. "Ho scattato una foto e l'ho inviata a uno dei miei studenti, e detto, 'Penso che possiamo farcela. Potrebbe essere stabile. Ma devi controllarlo attentamente». Lui ha fatto, e si è scoperto che questa struttura è così bella ma anche molto semplice."

La maggior parte delle forme di carbonio sono costituite da blocchi esagonali, a volte intervallati da pentagoni. Il penta-grafene sarebbe un unico allotropo di carbonio bidimensionale composto esclusivamente da pentagoni.

Insieme a Jena e Wang, gli autori del documento includono Shunhong Zhang, Candidato al dottorato, dall'Università di Pechino; Jian Zhou, dottorato di ricerca, un ricercatore post-dottorato presso VCU; Xiaoshuang Chen, dottorato di ricerca, dall'Accademia Cinese delle Scienze di Shanghai; e Yoshiyuki Kawazoe, dottorato di ricerca, dell'Università Tohoku di Sendai, Giappone.

I ricercatori hanno simulato la sintesi del penta-grafene utilizzando la modellazione al computer. I risultati suggeriscono che il materiale potrebbe superare le prestazioni del grafene in determinate applicazioni, in quanto sarebbe meccanicamente stabile, possedere una forza molto elevata, ed essere in grado di resistere a temperature fino a 1, 000 gradi Kelvin.

"Conosci il detto, i diamanti sono per sempre? Questo perché ci vuole molta energia per riconvertire il diamante in grafite, " Jena ha detto. "Questo sarà simile."

Il penta-grafene ha diverse proprietà interessanti e insolite, ha detto Jena. Per esempio, il penta-grafene è un semiconduttore, mentre il grafene è un conduttore di elettricità.

"Quando prendi il grafene e lo arrotoli, fai quello che viene chiamato un nanotubo di carbonio che può essere metallico o semiconduttore, " Jena ha detto. "Penta-grafene, quando lo arrotoli, farà anche un nanotubo, ma è sempre semiconduttore."

Anche il modo in cui il materiale si estende è molto insolito, hanno detto i ricercatori.

"Se allunghi il grafene, si espanderà lungo la direzione in cui è allungato, ma contrarsi lungo la direzione perpendicolare." Disse Wang. "Tuttavia, se allunghi il penta-grafene, si espanderà in entrambe le direzioni".

La resistenza meccanica del materiale, derivato da una proprietà rara nota come rapporto di Poisson negativo, può contenere applicazioni particolarmente interessanti per la tecnologia, hanno detto i ricercatori.

Le proprietà del penta-grafene suggeriscono che potrebbe avere applicazioni in elettronica, biomedicina, nanotecnologie e non solo.

Il prossimo passo, Jena ha detto, è per gli scienziati sintetizzare il penta-grafene.

"Una volta che ce l'hai fatta, [sarà] molto stabile. Quindi la domanda diventa, come lo fai? In questo documento, abbiamo alcune idee. Proprio adesso, il progetto è teorico. Si basa sulla modellazione al computer, ma noi crediamo abbastanza fortemente in questa previsione. E una volta che ce l'hai fatta, aprirà un ramo completamente nuovo della scienza del carbonio. Il carbonio bidimensionale fatto completamente di pentagoni non è mai stato conosciuto."