(Phys.org) - Nanotubos de carbono (CNTs) são conhecidos por sua espessura, tendo diâmetros tão pequenos quanto 3 angstroms (Å), ou 0,3 nm. É geralmente considerado que CNTs ultrafinos com diâmetros menores do que 3 Å são instáveis ​​porque, nessa escala, as ligações que mantêm os átomos unidos tornam-se distorcidas e levam ao colapso. Até aqui, o mais fino desses CNTs - aqueles mais finos que 4 Å - foram encontrados apenas confinados dentro de um CNT mais espesso. Em um novo estudo, cientistas apresentaram simulações que mostram que um CNT com diâmetro externo de apenas 3,2 Å pode teoricamente existir sem confinamento e permanecer estável em temperaturas de até 1000 K, o que o tornaria um dos CNTs mais finos já sintetizados.

Os cientistas, Eduardo Menéndez-Proupin da Universidade Autônoma de Madrid e da Universidade do Chile; Ana L. Montero-Alejo da Universidade Autônoma de Madrid e da Universidade de Havana; e José M. García de la Vega da Universidade Autônoma de Madrid, publicaram seu estudo em uma edição recente da Cartas de revisão física .

"Há relatos de CNTs de 3 angstroms finos contidos dentro de um CNT mais espesso, "Menéndez-Proupin disse Phys.org . "Nosso CNT pode ser o mais fino capaz de existir independente."

Como os cientistas explicam, o CNT ultrafino que eles examinaram resulta do relaxamento - ou quebra de ligação - de um CNT feito de uma folha de grafeno que é cortada e embrulhada de uma certa maneira, conforme definido por sua quiralidade. Nesse caso, o CNT original tem quiralidade (2, 1), um diâmetro de 2 Å, e é instável.

Ao quebrar certos laços deste CNT em particular, os pesquisadores teoricamente mostraram que a estrutura resultante se torna estável no vácuo, formando uma espessura de 3,2 Å, CNT não padrão. Devido aos laços quebrados, o novo CNT consiste em anéis compostos cada um por 8 e 10 átomos. Consequentemente, os pesquisadores chamaram esta estrutura de CNT10R, após os anéis de 10 átomos.

As simulações revelaram que os anéis de 10 átomos, juntamente com anéis menores, formam uma dupla hélice, semelhante à estrutura do DNA, com single alternado, Duplo, e ligações triplas. Usando o software Quantum ESPRESSO, os cientistas calcularam as propriedades ópticas e eletrônicas do novo nanotubo, que diferem significativamente daqueles dos CNTs padrão, nanofitas, e folhas de grafeno. Em vez de, As propriedades do CNT10R se assemelham às das cadeias de carbono lineares, sugerindo que a estrutura pode ser pensada como um par de cadeias gêmeas.

"Todos os nanotubos conhecidos têm a forma de uma rede de favo de mel (grafeno) enrolada, e todos os átomos são coordenados com três dobras, "Menéndez-Proupin disse." Os anéis menores têm 6 membros. As estruturas possuem vagas e outros defeitos, mas esta é a minoria dos átomos e em geral representam um incremento de energia. O CNT10R não tem anéis de 6 membros, é periódico e estável. Ele exibe todos os tipos de vínculos. Os espectros IR e Raman são bastante diferentes dos CNTs padrão e do grafeno. A ligação tripla não é frequente em estruturas de carbono. A presença de ligações triplas pode facilitar reações químicas específicas que não são possíveis em outros CNTs. "

Conhecer essas propriedades pode ajudar os pesquisadores a encontrar experimentalmente ou sintetizar a nova estrutura no futuro. Uma possível rota para a síntese pode envolver o crescimento da estrutura dentro de um CNT maior, que pode ser mais tecnicamente viável do que cultivar uma independente, por enquanto.

"A síntese pode ser possível com a tecnologia existente, embora isso não seja independente, "Menéndez-Proupin disse." Pode ter sido sintetizado por acidente, mas não foi identificado. Ele poderia ser identificado em amostras existentes se uma estrutura tubular for observada por microscopia e a mesma estrutura produzir um espectro estranho que se parece com nossas previsões. "

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