Ny form for kulstof opdaget, der er hårdere end diamant, men fleksibel som gummi

Forskere har fundet en måde at gøre kulstof både meget hårdt og meget elastisk ved at opvarme det under højt tryk. Dette "komprimerede glasagtige kulstof", udviklet af forskere i Kina og USA, er også let og kan muligvis fremstilles i meget store mængder. Det betyder, at den kan passe godt til flere slags applikationer, fra skudsikre veste til nye former for elektronisk udstyr.

Kulstof er et særligt grundstof på grund af den måde, dets atomer kan danne forskellige typer bindinger med hinanden på og dermed danne forskellige strukturer. For eksempel, kulstofatomer, der udelukkende er forbundet med "sp³" -bindinger, producerer diamant, og dem, der udelukkende er forbundet med "sp²"-bindinger, producerer grafit, som også kan adskilles i enkelte lag af atomer kendt som grafen. En anden form for kulstof, kendt som glasagtig kulstof, er også fremstillet af sp² og har egenskaber for både grafit og keramik.

Men det nye komprimerede glasagtige kulstof har en blanding af sp³ og sp²-bindinger, hvilket er det, der giver den dens usædvanlige egenskaber. For at lave atombindinger har du brug for noget ekstra energi. Da forskerne pressede flere ark grafen sammen ved høje temperaturer, de fandt visse kulstofatomer nøjagtigt i den rigtige position til at danne sp³ -bindinger mellem lagene.

Ved at studere det nye materiale i detaljer, de fandt ud af, at lidt over hver femte af alle dens bindinger var sp³. Det betyder, at de fleste af atomerne stadig er arrangeret i en grafen-lignende struktur, men de nye obligationer får det til at ligne en stor, sammenkoblet netværk og give det større styrke. Over den lille skala af individuelle grafenark, atomerne er ordnet i orden, sekskantet mønster. Men i større skala, arkene er arrangeret på en uordentlig måde. Det er sandsynligvis det, der giver den de kombinerede egenskaber hårdhed og fleksibilitet.

Forskerne lavede det komprimerede glasagtige kulstof ved hjælp af en forholdsvis simpel metode, der nemt og billigt kunne reproduceres i stor skala. Enkelt sagt, de brugte en slags maskinpresse, der påfører kulstoffet højtryksbelastninger. Men dette må have involveret flere tricks til at styre trykket og temperaturen på den helt rigtige måde. Dette ville have været en tidskrævende proces, men det burde stadig være muligt for andre mennesker at kopiere resultaterne.

Nye overraskelser

Kulstofmaterialer overrasker os konstant – og forskningens vægt har været at finde eller tilberede ting mellem dets naturlige former for diamant og grafit. Denne nye form er den nyeste af, hvad der ligner ubegrænsede måder, hvorpå du kan binde kulstofatomer, i forlængelse af opdagelsen af ​​grafen, cylindriske carbon nanorør og sfæriske buckminsterfulleren molekyler.

Et materiale som dette – det er stærkt, hårdt, let og fleksibel – vil være i høj efterspørgsel og kunne bruges til alle mulige applikationer. For eksempel, militære anvendelser kunne involvere skjolde til jetfly og helikoptere. Inden for elektronik, letvægts, billigt fremstillede materialer med lignende egenskaber som silicium, der også kunne have nye evner, kunne være en måde at overvinde begrænsningerne ved eksisterende mikrochips.

Drømmen er at finde et kulstofmateriale, der helt kan erstatte silicium. Det, der er brug for, er noget, der gør det muligt for elektroner at bevæge sig hurtigt igennem det, og hvis elektroner let kan placeres i en ophidset tilstand for at repræsentere en transistors til- og frakoblingsfunktioner. Forskerne bag glasagtig kulstof har ikke studeret disse egenskaber i det nye materiale, så vi ved endnu ikke, hvor egnet det kan være. Men det varer måske ikke så længe, ​​indtil der findes et andet kulstof. Indtil nu, årtiers jagt har ikke givet det, vi har brug for, men måske skal vi bare kigge dybt ned for at finde det.

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation. Læs den originale artikel.