ნახშირბადი ბუნებაში ბევრი სხვადასხვა ფორმით გვხვდება, როგორებიცაა ყველასთვის კარგად ნაცნობი ალმასი, გრაფიტი და ასევე სრულიად განსაკუთრებული თვისობრიობის მქონე გრაფენი. გრაფენი წარმოადგენს ნახშირბადის 2D ალოტროპიულ მოდიფიკაციას, რომელიც წარმოიქმნება ერთი ატომის სისქის ფენით, ჰექსაგონალური (ფიჭის ტიპის) ორგანზომილებიანი კრისტალური მესერით, რომლის კვანძებშიც ნახშირბადის ატომებია მოთავსებული. თავისი არაჩვეულებრივი თვისებების წყალობით მას მრავალი გამოყენებაც შეიძლება ჰქონდეს ელექტრონიკასა და მაღალ-ტექნოლოგიურ ინჟინერიაში. თუმცა როგორც აღმოჩნდა ნახშირბადის ატომებს სხვაგვარი 2D სტრუქტურების ჩამოყალიბებაც შეუძლიათ და მათი დამზადება უკვე შესაძლებელია. ერთ-ერთი მათგანია სწორედ ბიფენილენი.

ბიფენილენი არის პოლი-ციკლური ნახშირწყალბადების ტიპი, რომელიც შედგება ორი 6-კუთხა ბენზოლის რგოლისაგან, რომლებიც ერთმანეთთან მიერთებულია 2 წყვილური ბმით და ამიტომ ქმნის 6-4-6-კუთხა სისტემას. გრაფენისგან განსხვავებით ბიფენილენს გააჩნიაა მეტალურ თვისებები - 21 ატომის სისქის ბიფენელენის მავთულები უკვე ამჟღავნებენ მეტალურ ბუნებას, მაშინ როდესაც იმავე ფორმის გრაფენი ნახევარგამტარულია. კვლევის ერთ-ერთი ავტორის Michael Gottfried (მარბურგის უნივერსიტეტი) თქმით: „ეს მავთულები შესაძლებელია გამოყენებული იქნას მომავლის ნახშირბადზე დაფუძნებულ ელექტრონულ მოწყობილობებში“. კვლევის კიდევ ერთი ავტორი, Qitang Fan (მარბურგის უნივერსიტეტი) ამატებს, რომ „გარდა ამისა ბიფენილენი გამოდგება ანოდების დასამზადებლად ლითიუმ-იონურ ბატარეებში ლითიუმის ჩასანაცვლებლად და მათი ტევადობა უფრო დიდი იქნება ამჟამინდელი გრაფენულ მასალებთან შედარებით.“

სხვადასხვა მასალების თავისებურებების დასადგენად მნიშვნელოვანია ატომურ დონეზე მათი აღნაგობის ცოდნა. აალტოს უნივერსიტეტის (ფინეთი) კვლევითმა ჯგუფმა სკანირების ზონდის მიკროსკოპიის საშუალებით ბიფენილენის სტრუქტურა შეაფასა, ხოლო კომპიუტერული სიმულაციებისა და შემდგომი ანალიზის წყალობით უფრო გასაგები გახდა ამ ახალი მასალის ელექტრული თვისებები.

სურათის ზედა ნაწილში მოყვანილია ბიფენილენის სქემატური გამოსახულება, ხოლო ქვედა, ნაკლებად მკვეთრი გამოსახულება, არის ფინელი მეცნიერების მიერ მიღებული სტრუქტურის რეალური სურათი.

მკვლევარები ბიფენილენს აწყობდნენ ნახშირბადის შემცველი მოლეკულების დაფენით ოქროს ძალიან გლუვ ზედაპირზე. ეს მოლეკულები პირველ რიგში აყალიბებდნენ ჰექსაგონურ (6-კუთხა) ჯაჭვებს, რომლებიც შემდგომი რეაქციების წყალობით უკვე ქმნიდნენ კვადრატულ და 8-კუთხა სტრუქტურულ ერთეულებს. მნიშვნელოვანია ისიც, რომ ნახშირბადის ჰექსაგონურ ჯაჭვებს ქირალობა გააჩნიათ. ეს ნიშნავს ორი სარკული, საპირისპირო ქირალობის მქონე სტრუქტურების არსებობას. ოქროს ზედაპირზე ბიფენილენს შესაქმნელად საჭიროა ორი ერთნაირი ქირალობის 6-კუთხედის დაკავშირება, წინააღმდეგ შემთხვევაში კი გრაფენი მიიღება. კვლევის შედეგები 2021 წლის 21 მაისს გამოაქვეყნა ჟურნალმა Science.

ამჟამად მკვლევართა ჯგუფები ცდილობენ შექმნან ამ ახალი მასალის მეტი და უფრო დიდი ზომის ფირფიტები, რათა მისი თვისებები უკეთ იქნეს შესწავლილი და გაფართოვდეს გამოყენების სფეროები. მათ იმედი აქვთ, რომ შემოთავაზებული სინთეზირების მექანიზმის წყალობით აღმოაჩენენ ახალ ნახშირბადულ სტრუქტურებსაც.

წყარო:

https://phys.org/...erial.html

https://science.s...2/6544/852