Ny form for kulstof, der er hård som en sten, dog elastisk, som gummi

Et hold med flere Carnegie-forskere har udviklet en form for ultrastærk, letvægts carbon, der også er elastisk og elektrisk ledende. Et materiale med en så unik kombination af egenskaber kunne tjene en bred vifte af applikationer fra rumfartsteknik til militær rustning.

Kulstof er et element af tilsyneladende uendelige muligheder. Dette skyldes, at konfigurationen af ​​dets elektroner muliggør adskillige selvbindingskombinationer, der giver anledning til en række materialer med varierende egenskaber. For eksempel, gennemsigtig, superhårde diamanter, og uigennemsigtig grafit, som bruges til både blyanter og industrielt smøremiddel, består udelukkende af kulstof.

I dette internationale samarbejde mellem Yanshan University og Carnegie – som inkluderede Carnegies Zhisheng Zhao, Timothy Strobel, Yoshio Kono, Jinfu Shu, Ho-kwang "Dave" Mao, Yingwei Fei, og Guoyin Shen - videnskabsmænd satte tryk og opvarmede en strukturelt uordnet form for kulstof kaldet glasagtig kulstof. Det glasagtige kulstof-udgangsmateriale blev bragt til omkring 250, 000 gange normalt atmosfærisk tryk og opvarmet til cirka 1, 800 grader Fahrenheit for at skabe det nye stærke og elastiske kulstof. Deres resultater er offentliggjort af Videnskabens fremskridt .

Forskere havde tidligere forsøgt at udsætte glasagtigt kulstof for høje tryk ved både stuetemperatur (kaldet kold kompression) og ekstremt høje temperaturer. Men det såkaldte koldsyntetiserede materiale kunne ikke bevare sin struktur, når det blev bragt tilbage til det omgivende tryk, og under ekstremt varme forhold, nanokrystallinske diamanter blev dannet.

Det nyskabte carbon består af både grafitlignende og diamantlignende bindingsmotiver, som giver anledning til den unikke kombination af egenskaber. Under højtrykssyntesebetingelserne, uordnede lag i det glasagtige kulstofspænde, fusionere, og forbinde på forskellige måder. Denne proces skaber en overordnet struktur, der mangler en langtrækkende rumlig orden, men har en kortrækkende rumlig organisation på nanometerskalaen.

"Lette materialer med høj styrke og robust elasticitet som dette er meget ønskelige til applikationer, hvor vægtbesparelser er af største vigtighed, endnu mere end materialeomkostninger, " forklarede Zhisheng Zhao, en tidligere Carnegie-stipendiat, der nu er professor ved Yanshan University. "Hvad mere er, vi mener, at denne syntesemetode kunne finpudses for at skabe andre ekstraordinære former for kulstof og helt andre klasser af materialer."