Το διαμάντι και ο γραφίτης απέκτησαν έναν νέο «συγγενή» από άνθρακα, που ονομάζεται διαμαντίνιο (diamondiyne) και του οποίου η κρυσταλλική δομή έχει επιβεβαιωθεί, προς το παρόν, μόνο σε μικροσκοπικά τμήματα.
Η νέα δομή άνθρακα
Μια δομή άνθρακα, η οποία είχε προταθεί πριν από 35 χρόνια, απέκτησε τελικά μορφή σε ένα λεπτό υμένιο, στο σημείο όπου συναντώνται δύο υγρά. Χρησιμοποιώντας σχετικά οικονομικό εξοπλισμό, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Γκέτεμποργκ δημιούργησαν για πρώτη φορά το διαμαντίνιο, προσθέτοντας μια νέα τρισδιάστατη δομή στις μορφές που μπορεί να λάβει ο άνθρακας.
Το διαμαντίνιο αποτελεί αλλότροπο του άνθρακα — μια μορφή του στοιχείου που διακρίνεται από τον τρόπο διάταξης των ατόμων του. Το διαμάντι και ο γραφίτης αποτελούν γνωστά παραδείγματα. Για να δημιουργήσουν το διαμαντίνιο, οι ερευνητές ένωσαν άτομα άνθρακα μέσω τριπλών δεσμών. Το υλικό κρυσταλλώνεται σε ένα δίκτυο τετραέδρων —σχημάτων με τέσσερις τριγωνικές έδρες— τα οποία συνδέονται μεταξύ τους από τις κορυφές τους και στις τρεις διαστάσεις.
«Η δομή δημιουργεί κενά ανάμεσα στα τετράεδρα. Επομένως, το συγκεκριμένο αλλότροπο του άνθρακα θα μπορούσε να παρομοιαστεί με ένα πορώδες διαμάντι. Ωστόσο, σε αντίθεση με τα διαμάντια, το διαμαντίνιο δεν απαιτεί υψηλή πίεση για να συνδεθούν τα άτομα του άνθρακα μεταξύ τους», εξηγεί ο Karl Börjesson, καθηγητής φυσικοχημείας στο Πανεπιστήμιο του Γκέτεμποργκ, ο οποίος ηγείται της ερευνητικής ομάδας.
Κρυσταλλικά πρότυπα που επιβεβαιώθηκαν σε μικροσκοπικές περιοχές
Η ηλεκτρονική μικροσκοπία, που πραγματοποιήθηκε στο Πανεπιστήμιο της Στοκχόλμης, επιβεβαίωσε την κρυσταλλική δομή, αν και μόνο σε συγκεκριμένα σημεία στην επιφάνεια του υμενίου. Κατά τη διαδικασία σχηματισμού, πολλά μπορούν να πάνε στραβά, εμποδίζοντας τα άτομα του άνθρακα να διαταχθούν στη δομή του διαμαντινίου.
«Καταφέραμε, τουλάχιστον, να παράγουμε επαναλαμβανόμενα πρότυπα διαμαντινίου σε έναν όγκο με διαστάσεις 10 νανόμετρα ανά πλευρά (10 × 10⁻⁹ μέτρα), και οι εικόνες αυτών των προτύπων συμφωνούν σε μεγάλο βαθμό με τα θεωρητικά μοντέλα», αναφέρει ο Börjesson.
Σκελετοί άνθρακα χωρίς μεταλλικά ιόντα
Η ανακάλυψη προέκυψε από τη μακροχρόνια προσπάθεια της ομάδας να δημιουργήσει πορώδη υλικά, στα οποία μόρια με βάση τον άνθρακα συνδέονται μεταξύ τους χωρίς την παρουσία μεταλλικών ιόντων. Τα υλικά αυτά ονομάζονται ομοιοπολικά οργανικά πλαίσια (Covalent Organic Frameworks - COFs). Διαφέρουν από τα μεταλλο-οργανικά πλαίσια (metal-organic frameworks - MOFs), τα οποία συνδυάζουν μόρια με βάση τον άνθρακα με μεταλλικά ιόντα και για την ανάπτυξη των οποίων απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ Χημείας του 2025.
Ένας συνάδελφος ενημέρωσε τον Börjesson για έναν ιστότοπο όπου θεωρητικοί χημικοί είχαν συγκεντρώσει έναν σχεδόν ατελείωτο κατάλογο αλλοτρόπων του άνθρακα, η δημιουργία των οποίων θα έπρεπε να είναι εφικτή. Η τετραεδρική δομή του διαμαντινίου είχε περιγραφεί θεωρητικά δεκαετίες πριν η ερευνητική ομάδα καταφέρει να το συνθέσει.
«Μας πήρε πάρα πολύ καιρό, αλλά τελικά τα καταφέραμε. Είμαι πολύ ικανοποιημένος», λέει ο Börjesson.
Για πολλά χρόνια, τα γνωστά αλλότροπα του άνθρακα περιορίζονταν στο διαμάντι, τον γραφίτη και τρεις τεχνητά παραγόμενες μορφές: τα φουλερένια, τους νανοσωλήνες άνθρακα και το γραφένιο. Η ανάπτυξη των φουλερενίων και του γραφενίου τιμήθηκε με βραβεία Νόμπελ, κυρίως επειδή η ίδια η ιδέα ότι θα μπορούσαν να υπάρξουν τέτοια υλικά ήταν πρωτοποριακή. Τα τελευταία χρόνια, οι ερευνητές έχουν δημιουργήσει πολλά επιπλέον αλλότροπα, με το διαμαντίνιο να αποτελεί το πρώτο από αυτή τη νεότερη ομάδα που διαθέτει τρισδιάστατη δομή.
«Τώρα θα εξετάσουμε τις ιδιότητες του διαμαντινίου και τους πιθανούς τρόπους αξιοποίησής του. Ένα συναρπαστικό χαρακτηριστικό της πορώδους δομής του είναι ότι διάφορες δομές διαμαντινίου θα μπορούσαν, ενδεχομένως, να διαπλέκονται μεταξύ τους, περνώντας μέσα από τα κενά που παρουσιάζει η καθεμία», αναφέρει ο Börjesson.
www.worldenergynews.gr
