摘要：Carbyne是一维碳原子的链条，它如此薄，使其成为下一代电子产品中使用的有趣可能性，但它的极端不稳定几乎使得完全不可能产生，更不用说足以生产出足够的高级研究了。现在，国际研究人员可能有解决方案。...

Carbyne是一维碳原子的链条，它如此薄，使其成为下一代电子产品中使用的有趣可能性，但它的极端不稳定导致其弯曲和捕捉几乎完全无法产生，更不用说产生足够的研究来进行高级研究。现在，包括宾夕法尼亚州立大学在内的国际研究人员可能有解决方案。

研究小组将Carbyne封闭在单壁碳纳米管中 - 小管形结构完全由碳制成，比人的头发薄数千倍。研究人员说，在低温下这样做可以使Carbyne更加稳定，更容易生产，这可能会导致材料科学技术方面的新进步。他们称这一发展为“有前途的新闻”，因为科学家数十年来一直在努力创造出稳定的Carbyne形式，以大量的数量进行更深入的调查。

“卡比恩发现的历史就像一个侦探故事，”工程科学和力学教授兼研究的合着者斯拉瓦·罗特金（Slava V. Rotkin）说ACS纳米。“从理论上讲，这是在理论上预测的，但是多年来，试图合成它的尝试是不成功的，因为链条会弯曲或形成意外债券。”

这种不稳定使研究变得困难，甚至很难想象在现实世界应用中使用。但是，像石墨烯一样，原子上稀薄的二维碳材料已经在某些电子产品中应用了，Carbyne的极端强度和电子特性继续吸引研究人员具有革新电子产品的潜力。但是，Carbyne的拉力甚至更大，因为它具有比石墨烯具有内置优势。

Rotkin说：“像石墨烯一样，Carbyne可以允许电子快速移动。” “但是，卡比恩（Carbyne）也有一个叫做'半导体差距'的东西，这对于构建晶体管，电力电子设备的微小开关（另一方面）没有这个间隙，因此它不能以相同的方式使用。”

半导体间隙是一个较小的能量间隙，允许材料充当电流开关。石墨烯以其纯形形式不可能是晶体管本身，因为电子可以始终流过它，因为它没有这个间隙。可以通过各种添加和操作来设计石墨烯，以使其存在差距，但是Carbyne自然具有差距。这意味着将来，与当今基于硅的技术相比，总部位于Carbyne的电子产品可以更轻松地提供更快，更有效的性能。

除了解决不稳定问题的可能性外，研究人员的新合成方法还可以解决Carbyne符合其巨大潜力的道路上的另一个障碍。 Carbyne Research的最大挑战之一是大量生产它。过去，通常只能在高温，强烈压力或化学反应性环境中制作少量的Carbyne。这些因素使科学家难以充分探索其特性。但是，新的合成方法改变了。

研究人员说，使这种新方法脱颖而出的是，与较旧技术相比，它比较旧的技术更容易，更有效。首先，该团队使用了一种特殊的前体，该前体充当柔和的起始材料，称为卫生铵在低得多的温度下生长Carbyne。其次，他们使用单壁碳纳米管作为Carbyne周围的一种保护壳，其效果要比过去使用的较厚，多层管要好得多。该外壳有助于保持脆弱的Carbyne稳定。最后，这种新方法比以前产生更多的Carbyne，这意味着科学家现在可以更详细地研究它并探讨如何在现实世界应用中使用它。

Rotkin说：“这项技术的两个主要进步是其低成本和高产。” “这为基础科学和朝着真实应用发展的更广泛的研究打开了大门。”

通过将Carbyne封装在碳纳米管内部，研究人员还找到了一种保留其独特特性的方法。纳米管充当保护壳，防止Carbyne崩溃，同时仍允许科学家以几乎纯净的形式进行研究。

Rotkin指出：“重要的是，单壁纳米管不会打扰Carbyne链条。” “只有温和的范德华相互作用 - 弱力，可以使Carbyne留在不到纳米管壁上。”

Rotkin说，尽管现实世界的应用仍处于早期阶段，但Carbyne的潜力很大。由于它是一种密切相关的材料，因此其特性范围超出了经典的物理学，这意味着它可以在下一代计算和纳米技术中具有应用。

Rotkin说：“这样的材料在正常状态和兴奋时都具有复杂的行为。” “这意味着我们正在处理量子材料，这可能导致全新的技术。”

研究团队在研究期间也意外发现。他们发现，人体用来溶解有机化合物的常见溶剂 - 巧克力，胆酸的盐 - 无需其他复杂的步骤即可转变为Carbyne链。

Rotkin说：“令人惊讶的是，像奇材（Chate）这样的常见溶剂可以将其转变为Carbyne连锁店而无需任何其他问题。” “它表明，即使熟悉的材料也可以在高级化学中扮演新角色。”

尽管关于Carbyne的许多问题仍未得到解决，但Rotkin说他认为这是向前迈出的重要一步。通过一种稳定的方式来生产大量的Carbyne，研究人员现在可以更深入地探索其潜力。

Rotkin说：“过去，可供研究的材料量仅足以使一两组确认其存在。” “现在，我们有机会真正了解其属性和应用。”

与Rotkin，Bo-Wen Zhang，Xi-Yang Qiu，Qingmei Hu，Ikuma Kohata，Shohei Chiashi，Keigo Otsuka和Tokyo University的Shigeo Maruyama； Yicheng Ma，Zheng Yongjia Zheng和Rong Xiang的Zhejiang University； AinaFitó-Parera，Dmitry I. Levshov，Antwerp University的SofieCambré和Wim Wenseleers；达利安大学的Ya冯；名古屋大学的Yutaka Matsuo；马里兰州大学的王王（Yuhuang Wang）和Chiyu Zhang也为这项研究做出了贡献。 Maruyama领导了研究团队，并且是该论文的对应作者。

美国能源部和日本促进科学学会支持这项研究。