اخيرًا: اكتشاف شكل جديد من الكربون بعد عقود من البحث

يعد الكربون عنصرًا مدهشًا جدًا، ولهياكل الكربون النقي مجموعة متنوعة من الاستخدامات والخصائص. من الصلابة المذهلة للماس إلى تنوع الجرافيت في أقلامنا، فإن الكربون يتنوع بشكل رائع. كما أن الهياكل ثنائية الأبعاد لا تصدق وتشمل أشياء مثل الجرافين، والأنابيب النانوية الكربونية، والفوليرين، وتعرض مجموعة من الخصائص المفيدة. الآن تم اكتشاف بنية الكربون الثنائية الأبعاد جديدة.

أطلق عليها schwarzite وقد تم التنبؤ بها ونمذجتها منذ عقود، ولكن الآن فقط تمكن الباحثون من إنتاجها. وليس عن قصد. تم إنشاء الهيكل الجديد من قبل العلماء في كوريا الجنوبية واليابان عن طريق ملء نوع معين من بلورات ثاني أكسيد السيليكون (الرمل)، والمعروفة باسم الزيوليت، مع الكربون. كان العلماء يُحقِقون فيما إذا كانت هذه الزيوليتات المملوءة بالكربون لها خصائص مثيرة للاهتمام.

أثبت فريق دولي بقيادة باحثين في جامعة كاليفورنيا في بيركلي أن الهياكل الثلاثة التي أنشأها الفريق الياباني الكوري هي بالفعل الـ “schwarzite” التي قاموا بنمذجتها منذ عقود. تم نشر النتائج التي توصلوا إليها في Proceeding of National Academy of Sciences.

الخاصية الهامة ل schwarzite هو إمكانياتها على الإنحناء. الجرافين هو عبارة عن قطعة مسطحة بحيث تكون درجة انحنائها صفر. الفوليرين، المعروف أيضا باسم buckyballs (من الاسم الكامل buckminsterfullerene)، هي هياكل محدبة مع انحناء إيجابي. أما Schwarzites هي أول هياكل من الكربون مع انحناء سلبي.

قام الفريق ببناء محاكاة حاسوبية لزيوليت الكريستال كما قاموا بنمذجة كيف يمكن ترتيب ذرات الكربون. وأظهرت الدراسة أنه من بين 200 زيوليت تم إنتاجها حتى الآن، يمكن استخدام 15 فقط كقالب لإنشاء Schwarzites. لكن الباحثين يعتقدون أن هناك أكثر من مليون طريقة ممكنة لصنع الزيوليت، لذلك يمكن أن يكون هناك العديد من الطرق لصنع الـ Schwarzites.

وقال المؤلف الرئيسي إفريم براون من جامعة كاليفورنيا في بيركلي في بيان “هذه الكربونات المنحنية سلبيا كان من الصعب تجميعها بمفردها ولكن تبين أن بإمكانك زراعة غشاء الكربون بشكل تحفيزي على سطح الزيوليت.” “ولكن schwarzites حتى الآن تم تصنيعها عن طريق اختيار قوالب الزيوليت من خلال التجربة والخطأ. نحن نقدم تعليمات بسيطة للغاية يمكن اتباعها لصنع الـ schwarzites ونظهر أنه، عن طريق اختيار الزيوليت الصحيح، يمكنك ضبط الـ schwarzites لتطوير الخصائص المطلوبة.”

تتميز Schwarzites بشكل خاص بتخزين شحنة كهربائية كبيرة، مما يجعلها مكثفات فعالة. ويمكن أيضا أن يتم بناؤها بطرق تسمح لهم بتخزين جزيئات أخرى، أو حتى تعمل كمحفزات. وعلى غرار الجرافين، فإن إيجاد طريقة فعالة وعالية الجودة وفعالة من حيث التكلفة لإنتاج الهيكل سيكون مفتاحًا لتسويقه.

ترجمة: ليث حسين

المصادر: 1