Během posledních desetiletí jsme se setkali s minimálně třemi formami uhlíku, které otřásly světem – s fullereny, uhlíkovými nanotrubičkami a s grafenem. Každý z těchto materiálů má unikátní strukturu a pozoruhodné vlastnosti. Možná se k nim záhy připojí zbrusu nová forma uhlíku, alespoň podle vývojářů nových materiálů. Říkají ji penta-grafen.

Prozatím je to virtuální materiál. Puru Jena z Virginia Commonwealth University vedl tým, který počítačově simuloval jeho syntézu. Penta-grafen je tvořený jednou vrstvou pětiúhelníků z uhlíkových atomů, které jsou uspořádané podobně jako dlaždice na několika ulicích v Káhiře. V geometrii to znají jako Káhirské pětiúhelníkové vydláždění (Cairo pentagonal tiling) a jde o jeden ze 14 známých způsobů, jak vyplnit plochu shodnými pětiúhelníky. Struktura většiny forem uhlíku je založená na šestiúhelnících, občas jsou mezi nimi přimíchané pětiúhelníky. Penta-grafen by měl být unikátní formou uhlíku, tvořenou výhradně pětiúhelníky.

Penta-grafen by měl být velmi zajímavý, i pokud jde o jeho vlastnosti. Podle výsledků simulací byl měl být mechanicky stabilní, velice pevný a měl by ustát teplotu přes 700 stupňů Celsia. Také by měl fungovat jako polovodič. Když se stočí plátek grafenu do uhlíkové nanotrubičky, tak v některých případech funguje jako kov, jindy zase jako polovodič. Když se stejným způsobem stočí plátek penta-grafenu, tak je z něj vlastně také uhlíková nanotrubička, která je vždy polovodičem.

Když někdo natáhne grafen, tak se v tom směru roztáhne a zároveň se zkrátí ve směru kolmém na tah. Penta-grafen se ale po natažení roztáhne v obou směrech. Právě obdivuhodná mechanická pevnost penta-grafenu by měla být lákadlem pro vývojáře nových technologií. Tento materiál by se podle všeho mohl prosadit v řadě aplikací pro elektroniku, biomedicínu, nanotechnologie, i mnohé další.

Dalším krokem ve vývoji slibného materiálu by se samozřejmě měla stát jeho syntéza. Podle Jeny a jeho kolegů bude penta-grafen po svém vyrobení velmi stabilní. Otázkou ovšem zůstává, jak to udělat. Vývojáři k tomu mají ve své studii, publikované v časopisu PNAS, nějaké nápady. Prozatím jde jenom o teoretické záležitosti, které vycházejí z počítačových modelů. Jena s spol. ale věří, že jejich předpověď je hodně silná. Když uspějí, tak tím založí nové odvětví vědy o uhlíku. A to je jim jistě skvělou motivací.

Video: Beyond the Periodic Table of Elements: The Role of Superatoms. Kredit: American Chemical

Literatura
Virginia Commonwealth University 3. 2. 2015, PNAS online 27. 1. 2015, Wikipedia (Cairo pentagonal tiling).