線型碳
線型碳
線型碳（Carbyne）是元素碳的一種新的同素異形體，以sp雜化成鍵為特徵，呈線型結構。線型碳在高溫低密度的液體碳中存在。
線型碳的理論早在19世紀就已出現。1960年，前蘇聯科學家首次合成了一種與之近似的材料。1968年，在前西德的Ries火山口的石墨片麻岩中發現微量的線型碳。後來，又在隕石和宇宙粉塵中發現這種線型碳分子。前蘇聯學者將之命名為“Carbyne”。
最初中國內地介紹這種物質時譯名為“卡賓”。但是，這個譯名有不妥之處：在金屬有機化合物中，有卡賓配合物（Carbene complexes）和卡拜配合物（Carbyne complexes），前者可稱為碳烯基配合物，後者為碳炔基配合物，“卡賓”這個名詞在化學上會引起概念上的混淆。在美國化學文摘中，以“Carbyne，polymers”表線型碳，以示區別。在有關文獻中，不少用線型碳“Linear carbon”的名稱。
已報道的線型碳合成方法較多，較成功的合成法有如下幾種：
常用的小分子物質如；乙炔、碘乙炔、乙炔銅（Cu2C2）以及次氧化碳。最初，以乙炔的催化氧化脫氫法，所得無定形線型碳的碳含量僅60%左右，但反應條件溫和、產量高而受到重視。近年發展為用乙炔銅的二步法，碳可提高到99%以上，是目前最有前景的合成法。但產物仍然是無定形態。
如用聚鹵乙烯脫鹵化氫、聚乙炔脫氫等。這種方法在20世紀70年代～80年代研究得多。如用極薄的聚鹵乙烯薄膜，可得到金屬光澤的線型碳。但在空氣中很快喪失光澤，變為鏈間交聯的其他物質；如用粉末聚鹵乙烯為原料，產物又成黑色的無定形態。
該法將有機化合物或有機高分子熱裂解制線型碳。用有機小分子時，類似於化學氣相沉積（CVD）法，將產物沉積到基片上，得到線型碳的薄膜；如用有機高分子，則類似炭纖維的製備。這種方法報道很少，只是能在產物中檢測出線型碳而已，很難對其發表評論。
在2600K以上，石墨的雙鍵會轉化為三鍵，從而轉化為線型碳。在火山爆發時產生的熔融石墨片麻岩中發現的線型碳，就是由石墨轉化而成。人工合成如俄國化學家使用的離子濺射石墨靶與氬離子轟擊生長相結合的方法，可得到與單晶晶面正交的單晶線型碳薄膜。該法條件苛刻，產量極微，尚不能成為實用的合成法。
線型碳有兩種異構體：α-型，為三鍵和單鍵交替的共軛三鍵型型，為累積雙鍵型。後者不穩定，加熱時轉化為α-型。單晶線型碳薄膜的電子衍射研究表明其結構為六方晶格。由於未合成出足量的結晶線型碳供結構測定，其機構尚無詳細的資料。這是學術界對線型碳尚有爭議的原因之一。合成的無定形線型碳呈惰性，難溶於任何已知的溶劑，在常溫下不與一般化學試劑作用。熱力學研究表明，與其它碳的同素異形體比較，穩定性順序為：線型碳（α型）>石墨>金剛石>富勒烯C60。
有關線型碳的應用研究不多。從理論上預言，它應是一種常溫超導材料，和優於碳纖維的超強纖維材料。這方面的研究有待合成上的新進展。由於它對生物體的高親和性，用於生物醫學材料的研究有報道。如俄羅斯科學家用線型碳作外科手術的縫合線及動物硬組織材料，比有機高分子材料好得多。
此外，有報導用線型碳作隱型眼鏡外框，可以克服其它材料引起的細菌感染和不舒適感。由線型碳可製備金剛石：由α-型為起始物，須高溫高壓條件，與石墨轉化法差不多；以β-線型碳轉化，其條件溫和，在幾百度的常壓下，可轉化為粉末金剛石。近來的研究證明了其可行性，有可能成為一種實用的合成金剛石的新方法。