Pentagrafeeni koostuu hiiliatomeista, jotka ovat järjestyneet viisikulmioiden muotoon. Kuva: Virginia Commonwealth University
Pentagrafeeni koostuu hiiliatomeista, jotka ovat järjestyneet viisikulmioiden muotoon. Kuva: Virginia Commonwealth University

Kolme edellistä tärkeää saman hiiliperheen löytöä ovat fullereeni, nanoputki ja grafeeni.

Hiiliatomit voivat järjestyä myös viisikulmaiseen muotoon. Se on todistettu tosin vasta tietokoneen avulla.

Materiaalien tutkijat kuitenkin uskovat, että viisikulmaisen atomikerroksen voi valmistaa. Ja ehkä sellainen myös löytyy joskus luonnosta.

Materiaalien tutkijat kutsuvat löytöä pentagrafeeniksi. Etuliite penta tulee kreikasta ja tarkoittaa lukua viisi.

Pentagrafeenin mallin rakensivat Virginia Commonwealthin yliopiston materiaalien tutkijat Richmondissa Yhdysvalloissa, apunaan kiinalaisia ja japanilaisia tutkijoita. Ryhmä raportoi tutkimuksestaan Pnasissa.

Pentagrafeeni on hyvin ohut, vain yhden atomikerroksen paksuinen grafeeni. Pentagrafeenista on laskettu, että se on hyvin vakaa ja se kestää lämpöä ja värähtelyä.

Materiaali voi osoittautua hyödylliseksi puolijohteena. Sille voi löytyä sovelluksia esimerkiksi elektroniikassa, biolääketieteessä ja nanotekniikoissa.

”Kolme edellistä tärkeää saman hiiliperheen löytöä ovat fullereeni, nanoputki ja grafeeni. Ne kaikki ovat puhdasta hiiltä ja ovat järjestyneet omaan muotoonsa. Nyt löydetty pentagrafeeni täydentää tätä joukkoa”, sanoo materiaalin yksi löytäjä ja siitä raportin kirjoittanut Puru Jena yliopistonsa tiedotteessa. Hän on Virginia Commonwealthin yliopiston fysiikan professori.

Myös tavallinen timantti kuuluu puhtaiden hiilien ryhmään. Sekin on puhdasta, mutta eri tavalla järjestynyttä hiiltä.

Pentagrafeenin paras esikuva on kuitenkin grafeeni. Siinä hiiliatomit ovat järjestyneet yhteen kerrokseen lakanaksi, ja atomit ovat kuusikulmion muodossa. Grafeenia osattiin eristää ensi kertaa vuonna 2004. Sen löytäjät saivat fysiikan Nobelin vuonna 2010. Siksi tutkijat odottavat myös pentagrafeenilta paljon.

Pekingin yliopistossa löytöä oli tekemässä professori Qian Wang. Hän sai idean pentagrafeeniin pekingiläisessä ravintolassa, jossa oli katukuva Kairosta. Egyptin pääkaupungissa käytetään paljon viisikulmaisia laattoja katujen päällysteinä. ”Lähetin niistä kuvan oppilaalleni. Hän sanoi, että voisimme yrittää mallintaa sitä.”

Tietokoneella tarkasteltaessa pentagrafeeni osoittautui yksinkertaiseksi, vahvaksi ja vakaaksi.

Pentagrafeenin osia esiintyy esimerkiksi 60-atomisessa fullereenissa. Jalkapallomaisessa mallissa viisiatominen hiilen muoto yhdistää kuusikulmaisia atomien kokonaisuuksia. Lopputulos on pallomainen fullereeni.

Tällä kertaa tutkijat saivat mallinnettua lakanan yksinomaan viisikulmaisista hiiliatomeista.

Mallinnus viittaa siihen, että joissain sovelluksissa se olisi jopa ihmeaine grafeenia parempi. Grafeenia on kuvattu hyvin vahvaksi ja lupaavaksi hiiliyhdisteeksi, ja tutkimus käy sen ympärillä kuumana. Materiaalien tutkijat odottavat siltä ennen pitkää monia sovelluksia eri tuotteisiin.

Pentagrafeeni kestäisi jopa tuhannen Kelvinin lämpötiloja ja olisi hyvä puolijohde. Jos lakanamaisen pentagrafeenin kääräisee rullalle, siitä tulee hiilinanoputki. Rullan sisälle voi ujuttaa eri materiaalien yhdistelmiä ja katsoa, miten käy. Tuloksena voisi olla uusia tuotteita.

Pentagrafeeni myös venyy hyvin monessa suunnassa, paremmin kuin kuusikulmainen grafeeni.

Pentagrafeenin löytäjät yrittävät nyt valmistaa sitä keinotekoisesti. Ainetta voi piillä luonnossakin, mutta sitä vain ei ole vielä löydetty. Grafeeni löytyi tavallisesta noesta.

"Meillä on hyviä ideoita, mutta ne ovat vielä teoria. Löytö voi kuitenkin avata uuden haaran hiiliyhdisteiden tutkimisessa”, kommentoivat tutkijat löytöä.