Rendering di nanofili di carbonio come suggerito dalle tecniche di caratterizzazione. Sfere marroni, carbonio; sfere blu, idrogeno. Il rendering è sovrapposto a un'immagine al microscopio elettronico a trasmissione dei nanofili di carbonio. L'immagine mostra striature a una separazione di 6,4 Å, che si estende per decine di nanometri. Questo modello è coerente con i dati di diffusione di raggi X e neutroni, nonché con le simulazioni computazionali. Credito:Professor J.V. Badding
Un nuovo nanomateriale di carbonio - il filo unidimensionale più sottile possibile che conserva ancora una struttura simile al diamante - è stato creato dal controllo, compressione e decompressione lenta del benzene. L'unità strutturale a forma di diamante è costituita da anelli esagonali di atomi di carbonio legati insieme in catene circondate da un alone di atomi di idrogeno.
Sulla base di studi computazionali, rispetto ai tradizionali nanotubi di carbonio, i nanofili prodotti con questo metodo possono avere proprietà meccaniche ed elettroniche eccezionali. Il metodo di sintesi sviluppato in questo lavoro apre possibili variazioni, come la reticolazione o la funzionalizzazione chimica (aggiunta di atomi o piccole molecole al nanofilo di carbonio che ne alterano la funzione). Queste variazioni possono portare alla progettazione e preparazione di materiali attualmente sconosciuti o impossibili da realizzare utilizzando tecniche esistenti.
Nanomateriali di carbonio come i fullereni, nanotubi, e il grafene hanno proprietà fisiche eccezionali associate alla loro bassa dimensionalità e al legame chimico simile alla grafite. La scoperta rivoluzionaria è la sintesi di unidimensionale, nanofili di carbonio con un legame simile al diamante di soli 0,6 nanometri di diametro. La modellazione computazionale suggerisce che questi nanofili potrebbero essere più resistenti dei nanotubi di carbonio o dei polimeri convenzionali ad alta resistenza e anche estremamente rigidi.
Sono sintetizzati in quantità macroscopiche mediante lenta decompressione di benzene congelato ad alte pressioni e portato a condizioni ambientali. A differenza dell'alta temperatura, sintesi in fase gassosa utilizzata per i nanotubi convenzionali, il controllo chimico cinetico come quello impiegato nella chimica organica viene utilizzato per la sintesi dei nanofili. Potrebbe essere possibile sintetizzare un'intera famiglia di materiali a nanofili diamantati, anche con reticolazione tra i fili, o con funzionalità chimica aggiunta, con questo approccio chimico, che è potenzialmente più versatile degli approcci in fase gassosa difficili da controllare.
Utilizzando tecniche di fabbricazione sviluppate sulla base di questa svolta, potrebbe essere possibile produrre leggero, fibre ad altissima resistenza per l'uso in vari materiali strutturali nei sistemi di trasporto e altrove. La sintesi chimica cinetica può anche consentire nanofili con legami misti di tipo diamante e grafite che potrebbero avere proprietà semiconduttive utili.
