สวยงาม

สายพานนาโนใหม่ที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.83 นาโนเมตร (นาโนเมตร) ได้รับการพัฒนาโดยนักวิจัยจากโครงการนาโนคาร์บอนระดับโมเลกุล JST-ERATO Itami ของมหาวิทยาลัยนาโกย่า และสถาบันชีวโมเลกุลแห่งการเปลี่ยนแปลง (ITbM) นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกพยายามสังเคราะห์สายพานนาโนคาร์บอนตั้งแต่ทศวรรษ 1950 และกลุ่มของศาสตราจารย์ Kenichiro Itami ได้ดำเนินการสังเคราะห์มาเป็นเวลา 12 ปี "ไม่มีใครรู้ว่าการสังเคราะห์อินทรีย์ของมันเป็นไปได้หรือไม่" Segawa หนึ่งในผู้นำของการศึกษานี้ซึ่งมีส่วนร่วมในการสังเคราะห์เป็นเวลา 7 ปีครึ่งกล่าว "อย่างไรก็ตาม ฉันมีความคิดเกี่ยวกับการสังเคราะห์โมเลกุลที่สวยงามนี้" สายพานนาโนคาร์บอนเป็นโมเลกุลที่มีรูปร่างคล้ายสายพานซึ่งประกอบด้วยวงแหวนเบนซีนที่หลอมละลาย ซึ่งเป็นวงแหวนอะโรมาติกที่ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนหกอะตอม สายพานนาโนคาร์บอนเป็นส่วนหนึ่งของท่อนาโนคาร์บอนซึ่งมีการใช้งานที่หลากหลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และโฟโตนิกส์เนื่องจากลักษณะทางกายภาพที่เป็นเอกลักษณ์ วิธีการสังเคราะห์ในปัจจุบันผลิตท่อนาโนคาร์บอนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางและโครงสร้างผนังด้านข้างที่ไม่สอดคล้องกัน ซึ่งจะเปลี่ยนคุณสมบัติทางไฟฟ้าและแสงของพวกมัน สิ่งนี้ทำให้แยกและทำให้บริสุทธิ์ท่อนาโนคาร์บอนท่อเดียวที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง ความยาว และโครงสร้างแก้มยางเฉพาะเจาะจงได้ยากมาก ดังนั้น ความสามารถในการควบคุมการสังเคราะห์ท่อนาโนคาร์บอนที่มีโครงสร้างสม่ำเสมอได้อย่างแม่นยำจะช่วยพัฒนาวัสดุที่แปลกใหม่และใช้งานได้สูง สายพานนาโนคาร์บอนได้รับการระบุว่าเป็นวิธีสร้างท่อนาโนคาร์บอนที่มีโครงสร้างสม่ำเสมอ อย่างไรก็ตาม การสังเคราะห์สายพานนาโนคาร์บอนเป็นสิ่งที่ท้าทายเนื่องจากพลังงานความเครียดสูงมาก เนื่องจากน้ำมันเบนซินมีความเสถียรเมื่อแบน แต่จะไม่เสถียรเมื่อบิดเบี้ยวโดยการหลอมรวมของวงแหวน เพื่อแก้ปัญหานี้ Guillaume Povie นักวิจัยหลังปริญญาเอกของโครงการ JST-ERATO, Yasutomo Segawa หัวหน้ากลุ่มของโครงการ JST-ERATO และ Kenichiro Itami ผู้อำนวยการโครงการ JST-ERATO สวยงาม และผู้อำนวยการศูนย์ ITbM ประสบความสำเร็จในการสังเคราะห์ทางเคมีครั้งแรกของสายพานนาโนคาร์บอนจากสารตั้งต้นที่พร้อมใช้งาน p-xylene (โมเลกุลเบนซีนที่มีหมู่เมทิลสองหมู่ในตำแหน่ง 1,4- (พารา-)) ใน 11 ขั้นตอน กุญแจสู่ความสำเร็จนี้คือกลยุทธ์การสังเคราะห์ของพวกเขาตามรูปแบบสายพานจากสารตั้งต้นของ macrocycle ที่มีความเครียดของวงแหวนค่อนข้างต่ำ ในกลยุทธ์ของพวกเขา ทีมงานเตรียมสารตั้งต้นของมาโครไซเคิลจาก p-xylene ใน 10 ขั้นตอน และสร้างสารประกอบอะโรมาติกที่มีรูปร่างเป็นสายพานโดยปฏิกิริยาการต่อพ่วง นิกเกิลเป็นสิ่งสำคัญในการไกล่เกลี่ยกระบวนการเชื่อมต่อ Povie กล่าวว่า "ส่วนที่ยากที่สุดของงานวิจัยนี้คือปฏิกิริยาการมีเพศสัมพันธ์ที่สำคัญของสารตั้งต้นของ macrocycle" "ปฏิกิริยาไม่ได้ดำเนินไปด้วยดีวันแล้ววันเล่า และฉันต้องใช้เวลาสามถึงสี่เดือนในการทดสอบสภาวะต่างๆ ฉันเชื่อเสมอว่าที่ใดมีเจตจำนง ที่นั่นมีทาง" ในปี พ.ศ. 2558 อิตามิได้เปิดตัวโครงการริเริ่มใหม่ในโครงการ ERATO ของเขาเพื่อมุ่งเน้นเป็นพิเศษในการสังเคราะห์สายพานนาโนคาร์บอน ในงานที่เรียกว่า "เทศกาลสายพาน" มีการเสนอเส้นทางสังเคราะห์ใหม่สำหรับสายพานนาโนคาร์บอน และนักวิจัยมากกว่า 10 คนมีส่วนร่วมในโครงการนี้ เมื่อวันที่ 28 กันยายน 2016 หนึ่งปีหลังจากเริ่มเทศกาล ในที่สุดโครงสร้างของสายพานนาโนคาร์บอนก็ถูกเปิดเผยด้วย X-ray crystallography ต่อหน้าสมาชิกกลุ่ม Itami “มันเป็นหนึ่งในช่วงเวลาที่น่าตื่นเต้นที่สุดในชีวิตของฉัน และฉันจะไม่มีวันลืมเลย” Itami กล่าว "เนื่องจากนี่เป็นผลมาจากการศึกษาที่ยาวนานนับทศวรรษ ฉันขอขอบคุณสมาชิกในกลุ่มของฉันทั้งในอดีตและปัจจุบันที่ให้การสนับสนุนและให้กำลังใจ ขอบคุณทักษะ ความทรหด ความรู้สึก และความตั้งใจอันแรงกล้าของสมาชิกทุกคน ทำให้เราประสบความสำเร็จ ผลลัพธ์." สายพานนาโนคาร์บอนที่สังเคราะห์ขึ้นนั้นเป็นของแข็งสีแดงและแสดงการเรืองแสงสีแดงเข้ม การวิเคราะห์ด้วย X-ray crystallography พบว่าแถบคาร์บอนนาโนมีรูปทรงกระบอกในลักษณะเดียวกับท่อนาโนคาร์บอน นักวิจัยยังได้ตรวจวัดการดูดกลืนแสงและการปล่อยแสง การนำไฟฟ้า และความแข็งแกร่งของโครงสร้างด้วยฟลูออเรสเซนซ์การดูดกลืนรังสีอัลตราไวโอเลตที่มองเห็นได้ และการศึกษาทางสเปกโทรสโกปีของรามาน ตลอดจนการคำนวณทางทฤษฎี "จริง ๆ แล้ว ส่วนการสังเคราะห์เสร็จสิ้นไปเมื่อเดือนสิงหาคมปีที่แล้ว แต่ฉันไม่สามารถพักผ่อนได้จนกว่าจะสามารถยืนยันโครงสร้าง X-ray ของสายพานนาโนคาร์บอนได้" Povie กล่าว "ฉันมีความสุขมากเมื่อเห็นโครงสร้าง X-ray"