Νέα Υλικά: Δημιουργήθηκε νέα μορφή άνθρακα σκληρή όπως ένας βράχος ωστόσο ελαστική όπως ένα λάστιχο

Ομάδα επιστημόνων ανέπτυξε μια μορφή υπερ-ισχυρού και ελαφρύ άνθρακα, που είναι επίσης ελαστικός και ηλεκτρικά αγώγιμος. Ένα υλικό με τέτοιο μοναδικό συνδυασμό ιδιοτήτων θα μπορούσε να εξυπηρετήσει μια ευρεία ποικιλία εφαρμογών από διαστημική μηχανική, μέχρι την πολεμική θωράκιση. Ο άνθρακας είναι ένα στοιχείο με φαινομενικά άπειρες δυνατότητες. Αυτό συμβαίνει επειδή η διευθέτηση των ηλεκτρονίων του επιτρέπει για μεγάλους αριθμούς συνδυασμούς δεσμών με άλλα άτομα άνθρακα, που οδηγούν σε μια μεγάλη περιοχή υλικών με ποικίλες ιδιότητες. Για παράδειγμα, διαφανή, υπέρ-σκληρα διαμάντια και αδιαφανή γραφίτη, που χρησιμοποιείται τόσο στα μολύβια, όσο και στα βιομηχανικά λιπαντικά, αποτελούνται αποκλειστικά από άνθρακα.

Η διεθνής ομάδα των επιστημόνων, από το Carnegie Institution και το Πανεπιστήμιο Yanshan, στην Κίνα, συμπίεσε και θέρμανε μια δομικά ακατάστατη μορφή του άνθρακα, που ονομάζεται υαλώδης άνθρακας. Το αρχικό υλικό του υαλώδη άνθρακα οδηγήθηκε σε πίεση, περίπου 250000 φορές της κανονικής ατμοσφαιρικής πίεσης και θερμάνθηκε στους 982,22 περίπου βαθμούς Κελσίου (1800 βαθμούς Φαρενάιτ) για να δημιουργήσει μια νέα σκληρή και ελαστική μορφή άνθρακα. Τα ευρήματα της ομάδας δημοσιεύθηκαν στο Science Advances. Προηγουμένως οι επιστήμονες είχαν προσπαθήσει να υποβάλουν υαλώδη άνθρακα σε υψηλές πιέσεις σε θερμοκρασία δωματίου (αναφέρεται ως ψυχρή συμπίεση) και σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες. Όμως, το αποκαλούμενο ψυχρό-συντιθέμενο υλικό δεν μπορούσε να διατηρήσει τη δομή του όταν επαναφέρονταν σε πίεση περιβάλλοντος και κάτω από ακραία θερμές συνθήκες, σχηματίζονταν νανο-κρυσταλλικά διαμάντια.

Αναπαράσταση διαφορετικών τύπων συνδέσεων όπως στο διαμάντι (κόκκινες σφαίρες) που σχηματίζονται σε καμπυλωμένες επιφάνειες ή μεταξύ των στρωμάτων του γραφένιου (μαύρες σφαίρες) σε αυτό το νέο τύπο συμπιεσμένου υαλώδους άνθρακα.

Η νεοδημιουργηθείσα μορφή άνθρακα συγκροτείται τόσο από μοτίβα δεσμών όπως του γραφίτη, όσο και μοτίβα όπως του άνθρακα, και αυτά προκαλούν το μοναδικό συνδυασμό ιδιοτήτων. Κάτω από τις υψηλής πίεσης συνθήκες σύνθεσης, τα ακατάστατα στρώματα μέσα στον υαλώδη άνθρακα λυγίζουν, συγχωνεύονται και συνδέονται με διάφορους τρόπους. Αυτή η διαδικασία δημιουργεί μια συνολική δομή που έχει έλλειψη ευρείας περιοχής χωρικής διάταξης, όμως έχει μια μικρού εύρους χωρική οργάνωση, σε κλίμακα νανομέτρου.

«Ελαφρά υλικά που είναι πολύ ισχυρά και με μεγάλη ελαστικότητα, όπως αυτή η μορφή του άνθρακα, είναι πολύ ελκυστικά για εφαρμογές στις οποίες η εξοικονόμηση βάρους είναι πολύ μεγάλης σημασίας, ακόμη περισσότερο από ότι το κόστος του υλικού», εξήγησε ο Zhisheng Zhao, πρώην συνεργάτης στο Carnegie και τώρα καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Yanshan. «Αυτό που είναι πιο σημαντικό, είναι ότι πιστεύουμε ότι αυτή η μέθοδος σύνθεσης θα μπορούσε να βελτιωθεί για να δημιουργήσει άλλες εντυπωσιακές μορφές άνθρακα και εντελώς διαφορετικές κατηγορίες υλικών».

Πηγή: Carnegie Institution for Science

Περισσότερα στη δημοσίευση: Compressed glassy carbon: An ultrastrong and elastic interpenetrating graphene network. Science Advances 09 Jun 2017.