Onderzoekers van de Virginia Commonwealth University en universiteiten in China en Japan hebben een nieuwe structurele variant van koolstof ontdekt die "penta-grafeen" wordt genoemd - een zeer dunne plaat van pure koolstof met een unieke structuur die is geïnspireerd op een vijfhoekig patroon van tegels gevonden in de straten van Cairo.

Het nieuw ontdekte materiaal, genaamd penta-grafeen, is een enkele laag koolstof vijfhoeken die lijkt op de tegels van Caïro, en dat lijkt dynamisch te zijn, thermisch en mechanisch stabiel.

"De drie laatste belangrijke vormen van koolstof die zijn ontdekt, waren fullereen, de nanobuis en grafeen. Elk van hen heeft een unieke structuur. Penta-grafeen zal in die categorie thuishoren, " zei de senior auteur van de krant, Puru Jena, doctoraat, onderscheiden professor in de afdeling Natuurkunde in VCU's College of Humanities and Sciences.

Het artikel van de onderzoekers, "Penta-grafeen:een nieuwe koolstofallotroop, " verschijnt in het journaal Proceedings van de National Academy of Sciences , en is gebaseerd op onderzoek dat werd gelanceerd aan de Universiteit van Peking en VCU.

Qian Wang, doctoraat, een professor aan de Universiteit van Peking en een adjunct-professor aan de VCU, was aan het dineren in een restaurant in Peking met haar man toen ze kunstwerken aan de muur zag met vijfhoekige tegels uit de straten van Caïro.

"Ik vertelde mijn man, "Komen, zien! Dit is een patroon dat alleen uit vijfhoeken bestaat, '" zei ze. "Ik nam een ​​foto en stuurde die naar een van mijn leerlingen, en zei, 'Ik denk dat we dit kunnen maken. Het kan stabiel zijn. Maar je moet het goed controleren.' Hij deed, en het bleek dat deze structuur zo mooi en toch ook heel eenvoudig is."

De meeste vormen van koolstof zijn gemaakt van zeshoekige bouwstenen, soms afgewisseld met vijfhoeken. Penta-grafeen zou een unieke tweedimensionale koolstofallotroop zijn die uitsluitend uit vijfhoeken bestaat.

Samen met Jena en Wang, de auteurs van het artikel zijn onder meer Shunhong Zhang, promovendus, van de Universiteit van Peking; Jian Zhou, doctoraat, een postdoctoraal onderzoeker aan de VCU; Xiaoshuang Chen, doctoraat, van de Chinese Academie van Wetenschappen in Shanghai; en Yoshiyuki Kawazoe, doctoraat, van de Tohoku-universiteit in Sendai, Japan.

De onderzoekers simuleerden de synthese van penta-grafeen met behulp van computermodellering. De resultaten suggereren dat het materiaal in bepaalde toepassingen beter presteert dan grafeen, aangezien het mechanisch stabiel zou zijn, beschikken over een zeer hoge sterkte, en bestand zijn tegen temperaturen tot 1, 000 graden Kelvin.

"Je kent het gezegde, diamanten zijn voor altijd? Dat komt omdat het veel energie kost om diamant weer om te zetten in grafiet, "Zei Jena. "Dit zal vergelijkbaar zijn."

Penta-grafeen heeft verschillende interessante en ongebruikelijke eigenschappen, zei Jena. Bijvoorbeeld, penta-grafeen is een halfgeleider, terwijl grafeen een geleider van elektriciteit is.

"Als je grafeen neemt en het oprolt, je maakt een zogenaamde koolstofnanobuis die van metaal of halfgeleidend kan zijn, "Zei Jena. "Penta-grafeen, als je het oprolt, zal ook een nanobuisje maken, maar het is altijd halfgeleidend."

De manier waarop het materiaal rekt is ook hoogst ongebruikelijk, aldus de onderzoekers.

"Als je grafeen uitrekt, het zal uitzetten in de richting waarin het wordt uitgerekt, maar samentrekken langs de loodrechte richting.' Wang zei. 'Echter, als je penta-grafeen uitrekt, het zal zich in beide richtingen uitbreiden."

De mechanische sterkte van het materiaal, afgeleid van een zeldzame eigenschap die bekend staat als de negatieve Poisson-ratio, kan bijzonder interessante toepassingen voor technologie bevatten, aldus de onderzoekers.

De eigenschappen van Penta-grafeen suggereren dat het toepassingen kan hebben in de elektronica, biologie, nanotechnologie en meer.

De volgende stap, Jena zei, is voor wetenschappers om penta-grafeen te synthetiseren.

"Als je het eenmaal hebt gehaald, het [zal] zeer stabiel zijn. Dus de vraag wordt, hoe maak je het? In deze krant, we hebben wat ideeën. Direct, het project is theoretisch. Het is gebaseerd op computermodellen, maar we geloven vrij sterk in deze voorspelling. En als je het eenmaal hebt gehaald, het zal een geheel nieuwe tak van koolstofwetenschap openen. Tweedimensionale koolstof volledig gemaakt van vijfhoeken is nooit bekend geweest."