这可能是世界上最小的项链,碳家族里来新人了

时间:2019-10-09 来源: 国际新闻

我是科学家2019.9.3我想分享

作者:将圆圈平方

编辑:Yuki

最近,在纳米领域中发生了一件有趣的事情。

小发猫科学家创造了环碳分子。

该分子是一个18个碳原子的环,因此该分子也称为环[18]碳。

戒指[18]碳的示意图,它就像一条超小的项链|小发猫

如何制作碳环

环[18]碳,这个名字读起来像是武术小说中的剑客。

早在1966年,一些学者就预测了环碳的结构。随后,也有环境证据表明某些气态环碳可能在极端条件下(激光或高温)存在[1]。但是,由于气环碳太不稳定,学者们没有直接观察到它,也不能深入研究其相关性能。

最近,小发猫和牛津大学的科学家合作开发了由18个碳原子组成的环碳。相关研究结果发表在《科学》中。

为了使这18个碳原子紧密相连,科学家们在超低温条件下采用了原子操纵技术。

在制备过程中,他们首先合成了一种称为C24O6的碳氧分子。顾名思义,该分子包含24个碳原子和6个氧原子。氧原子的存在增加了整个分子的稳定性。

接下来,他们将该分子置于氯化钠表面。选择氯化钠是因为它在低温下是化学惰性的,并且不会与活性碳-氧分子反应。

循环碳合成方法,其中第三行是C24O6和其他系列分子的显微图像|小发猫

然后,科学家将扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)结合起来处理该分子。

具体地,通过使用极尖锐的金属探针,通过在探针的尖端施加电流,将C 24 O 6中的氧原子一一敲除。同时,与氧连接的六个碳原子被除去。这样,存在18个互连的碳原子,即环[18]碳。

环[18]碳分子的3D图像|小发猫

纳米世界中的把手小发猫

在产生环碳的过程中,最大的困难无疑是原子的精确操纵。小发猫已经熟悉这种听起来不错的技术。

毕竟,小发猫作为纳米技术研究的“领头羊”而存在。

用于操纵原子的核心方法称为扫描隧道显微镜(STM)。这项技术由两位小发猫学者Gerd Binning和Heinrich Rorrell于1981年提出。

STM的关键组件是非常精细的金属探针,它可以在尖端和物体表面之间形成电流。通过记录电流的大小和变化,可以检测出纳米级的微观形态。

STM超细探针| ucla.edu

通过STM,人类已经看到了纳米世界的复杂性,“睁开了眼睛”。这一成就还获得了1986年诺贝尔物理学奖。

尽管如此,科学家不仅满足于“看到”,而且还希望“运动”。

在1990年,是小发猫,他们使用STM将35个氦原子排到了“小发猫”三个字母中。完成了人类历史上对原子的第一次操纵。

原子按小发猫字母排列|小发猫

除了创造最新的科学发现,原子操纵还可以用于制作电影。 2013年,小发猫用了数十个原子来拍摄世界上最小的电影。

名为《小男孩和他的原子》的电影(一个男孩和他的原子)由242帧有关(原子)小男孩打(原子)球的图片组成。

原子电影《一个男孩和他的原子》海报| phys.org

今天,环碳的制备完全归功于小发猫在纳米领域数十年的技术积累。

环碳有什么用?

环碳有,但这是什么意思?

首先,碳环[18]的出现回答了学者们的一个长期问题。环碳中的原子如何连接?

先前的理论预测是在环碳中,每个碳原子均以双键形式连接至碳原子。

但是,这项研究发现,环碳原子是通过交替的三键和单键连接的。

环碳原子的单键三键交替连接图维基共享资源

根据过去的经验,新形式的碳将始终带来惊喜。富勒烯和石墨烯已获得诺贝尔奖。

但目前来看,环碳应该不行。因为它还没有带来重大的理论突破。现如今,我们只知道环碳是一种半导体。此外,这种分子极其不稳定,制备方法又太难,别的研究人员无法深入展开研究。

科学家们自己也说,下一步的实验计划是“探索出能稳定,高效制备环碳的方法”[2]。

他们还有个计划,希望以环碳为组件,去做出一些更复杂碳分子[2]。

现阶段,环碳对于广大群众的意义也不是很大。最大的影响,可能是明年的中考高考及各类化学竞赛里可能会出现这样一道题

请问,环[18]碳中原子的连接方式是_____?

作者名片

排版:Yao

题图来源:小发猫

参考文献:

[1] Kaiser, K. Scriven, L. M. Schulz, F. Gawel, P. Gross, L. & Anderson, H. L. (2019). An sp-hybridized molecular carbon allotrope, cyclo [18] carbon. Science, eaay1914.

[2] Making and Imaging Cyclocarbon,小发猫research blog, 2019,

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作者:将圆圈平方

编辑:Yuki

最近,在纳米领域中发生了一件有趣的事情。

小发猫科学家创造了环碳分子。

该分子是一个18个碳原子的环,因此该分子也称为环[18]碳。

戒指[18]碳的示意图,它就像一条超小的项链|小发猫

如何制作碳环

环[18]碳,这个名字读起来像是武术小说中的剑客。

早在1966年,一些学者就预测了环碳的结构。随后,也有环境证据表明某些气态环碳可能在极端条件下(激光或高温)存在[1]。但是,由于气环碳太不稳定,学者们没有直接观察到它,也不能深入研究其相关性能。

最近,小发猫和牛津大学的科学家合作开发了由18个碳原子组成的环碳。相关研究结果发表在《科学》中。

为了使这18个碳原子紧密相连,科学家们在超低温条件下采用了原子操纵技术。

在制备过程中,他们首先合成了一种称为C24O6的碳氧分子。顾名思义,该分子包含24个碳原子和6个氧原子。氧原子的存在增加了整个分子的稳定性。

接下来,他们将该分子置于氯化钠表面。选择氯化钠是因为它在低温下是化学惰性的,并且不会与活性碳-氧分子反应。

环碳合成方法,其中第三行是一系列分子的显微图像,例如C24O6 |小发猫

然后,科学家结合了扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)的技术来处理分子。

具体地,使用极其尖锐的金属探针,通过向探针的尖端施加电流,将C 24 O 6中的氧原子一个一个地敲除,并且还除去了与氧连接的六个碳原子。因此,有18个碳原子相互连接,即环[18]碳。

环[18]碳分子的3D图像|小发猫

纳米世界的扛子子小发猫

在产生环碳的过程中,最大的困难无疑是原子的精确操纵。这种听起来几乎是虚幻的技术,小发猫对此已经很熟悉。

毕竟,在纳米科学研究的江湖中,小发猫是存在的“老大哥”。

操纵原子的核心手段称为扫描隧道显微镜(STM)。这项技术由两位小发猫学者Gerd Binning和Heinrich Lorell于1981年首次提出。

STM的关键组件是非常薄的金属探针,它可以在尖端和物体表面之间形成电流。通过记录电流的大小和变化,可以检测出纳米级形态。

STM超细探针| ucla.edu

借助STM,人类打开了“天空之眼”,可以看到纳米世界的广阔空间。这项成就还获得了1986年诺贝尔物理学奖。

但是,科学家不仅对“外观”感到满意,而且希望“移动”。

在1990年,是小发猫,他们使用STM将35个氦原子排到了“小发猫”三个字母中。完成了人类历史上对原子的第一次操纵。

原子按小发猫字母排列|小发猫

除了创造最新的科学发现,原子操纵还可以用于制作电影。 2013年,小发猫用了数十个原子来拍摄世界上最小的电影。

名为《小男孩和他的原子》的电影(一个男孩和他的原子)由242帧有关(原子)小男孩打(原子)球的图片组成。

原子电影《一个男孩和他的原子》海报| phys.org

今天,环碳的制备完全归功于小发猫在纳米领域数十年的技术积累。

环碳有什么用?

环碳有,但这是什么意思?

首先,碳环[18]的出现回答了学者们的一个长期问题。环碳中的原子如何连接?

先前的理论预测是在环碳中,每个碳原子均以双键形式连接至碳原子。

但是,这项研究发现,环碳原子是通过交替的三键和单键连接的。

环碳原子的单键三键交替连接图维基共享资源

根据过去的经验,新形式的碳将始终带来惊喜。富勒烯和石墨烯已获得诺贝尔奖。

但目前来看,环碳应该不行。因为它还没有带来重大的理论突破。现如今,我们只知道环碳是一种半导体。此外,这种分子极其不稳定,制备方法又太难,别的研究人员无法深入展开研究。

“一、二、二”

一言难尽

本网站。一

合作方式

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排版:姚

题图来源:小发猫

参考献:

[1]Kaiser,K.Scriven,L.M.Schulz,F.Gawel,P.Gross,L.Anderson,H.L.(2019年)。一种sp杂交的分子碳同素异形体,环[18]碳。科学,EAAY1914。

[2]制造和成像Cyclocarbon,小发猫研究博客,2019, imaging Cyclocarbon/

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