Karbin: Elmastan Güçlü Malzeme!

6. element olarak bilinen Karbon, doğaya inanılmaz çeşitlilikte bir malzeme miktarı sunuyor. Bir zamanlar sadece karbon, grafit ve elmas vardı. Ancak geçtiğimiz yıllarda kimyagerlerin yaptıkları çalışmalarla, bu yapılara bucky küreleri, nanotüpler ve grafenden elde edilen birçok farklı egzotik şekil eklenerek sayısız yeni kimyasal üretildi. Dolayısıyla karbonun bize hala sunacaklarının olduğunu düşünmek şaşırtıcı. Bugün, Rice Üniversitesi'nden Mingjie Liu ve arkadaşları, karbonun bilinen diğer tüm formlarından daha güçlü ve sağlam bir yapının mümkün olabileceğini açıkladılar.

Yeni malzemenin adı karbin. Karbon atomlarının kendi tekrar eden üçlü ile tekli bağlar veya arka arkaya gelen ikili bağlar bağlanmasıyla oluşuyor. Karbin oldukça gizemli bir kimyasal. Astronomlar bu kimyasalın varlığına yıldızlararası boşlukta rastladıklarını söylüyorlar, ancak kimyagerler bu yapının yıllardır Dünya'da olup olmadığını araştırıyorlar ve üretmeye çalışıyorlar. Geçtiğimiz yıllarda 44 atom uzunluğunda bir karbin zinciri ilk defa üretilmişti.

Ancak bugüne kadarki düşünceler, karbinin aşırı dengesiz olacağı yönündeydi. Çünkü istediği kadar güçlü ve sağlam olsun, dengesiz olduktan sonra bu özelliklerin hiçbir değeri yoktu. Üstelik bugüne kadar ne kadar güçlü ve sağlam olacağına dair de kimsenin bir fikri yoktu.

İşte burada Liu ve arkadaşları devreye girdiler. Karbinin ve oluşumunun sonuçlarını ilk prensipleriyle birlikte açıkladılar ve özelliklerini ortaya koydular.

Başlangıç olarak karbin, günümüzde bilinen en sağlam yapıdan 2 kat daha sağlamdır. Karbon nanotüpleri ile grafemin 4.5x108 Nm/kg düzeyinde bir sağlamlığı vardır. Karbin ise yaklaşık olarak 109 Nm/kg düzeyindedir.

Sadece sağlamlığı değil, gücü/dayanıklılığı da son derece etkileyicidir. Tek bir bağını kırmak için gerekli olan kuvvet, grafen, elmas ve karbon nanotübüllere göre bile daha fazladır. 

Karbinin ilginç bir diğer özelliği esnekliğidir. Sıradan bir polimer ile çift sarmal DNA'nın sahip olduğu esneklik arasında bir esneklik değerine sahiptir. Büküldüğü zaman ya serbest olarak kendi etrafında döner ya da kimyasal konuma göre bükülemeyecek kadar sertleşir.

Rice Üniversitesi'nden araştırmacıların yaptıkları en ilginç hesaplardan biri, kuşkusuz karbinin sabitliği (dengeliliği) üzerine olanlardır. İki zincirin birbirine dokunması sonucu tepkimelerin başlayıp yapının dengesizleşeceğini kabul ediyorlar; ancak daha şimdiden bunu engelleyen bir bariyerin bulunduğunu söylüyorlar.

Ne İşe Yarayacak?

Bu kimyasal üretilebilirse, nanoteknoloji alanında çığır açılması sağlanabilir. Nanomakinalar, nanoelektronik ürünler ve spintronik araçlar üretiminde önemli adımlar atılabilir.