(PhysOrg.com) -- Een experiment in 2003 vormde wat werd beschouwd als een nieuwe vorm van koolstof, maar de bevindingen waren controversieel. Nu hebben twee teams van wetenschappers verschillende middelen gebruikt om een ​​driedimensionale netwerkstructuur te identificeren, genaamd "bct-carbon, " waarvan ze zeggen dat het de structuur zou kunnen zijn die in 2003 werd gevormd.

Zuivere koolstof bestaat in verschillende structuren, inclusief grafiet en diamant. De nieuwe structuur, lichaamsgecentreerde tetragonale koolstof of bct-koolstof, is onverwacht eenvoudig en bestaat uit vellen vierkanten van elk vier koolstofatomen, verbonden door "korte" bindingen loodrecht op de vellen. Deze vorm van koolstof ontstaat wanneer grafiet wordt blootgesteld aan hoge druk bij normale temperaturen.

Het is al bijna 50 jaar bekend dat grafiet onderworpen aan koude compressie (hoge druk bij omgevingstemperaturen) een transformatie ondergaat die omkeerbaar is, en in 2003 comprimeerden onderzoekers van Stanford University grafiet in een diamanten aambeeldpers, terwijl ze tegelijkertijd het röntgendiffractiepatroon verkrijgen om hen te helpen de bindingen binnen de structuur te bestuderen. Ze ontdekten dat wanneer de druk de 17 gigapascal (GPa) overschreed (170, 000 atmosfeer) vormden de koolstofatomen in het normaal zachte grafiet een materiaal dat hard genoeg was om diamant te kraken, maar de structuur bleef onduidelijk.

Nu heeft een team van wetenschappers onder leiding van Hui-Tian Wang van de Nankai University in Tianjin, China, hebben door computersimulaties aangetoond dat de superharde koolstof op zijn minst gedeeltelijk uit bct-koolstof kan bestaan, omdat dit de minste energie kost om te vormen. Bct-koolstof heeft een structuur halverwege tussen de kubussen van koolstofatomen van diamant en de met elkaar verbonden platen van koolstofatomen van grafiet in een hexagonaal rooster. Bct-koolstof bestaat uit vellen van vier-atoom koolstofringen die met elkaar verbonden zijn door sterke bindingen.

Het team bestudeerde 15 mogelijke structuren en ontdekte dat de transparante bct-koolstof niet alleen lagere energieën vereiste om te vormen, maar dat de afschuifsterkte 17 procent groter is dan die van diamant. Als de resultaten worden bevestigd, dit betekent dat het mogelijk is om bij normale temperaturen een materiaal te produceren dat sterker is dan diamant.

Een andere groep wetenschappers, waaronder Renata Wentzcovitch van de Universiteit van Minnesota en Takashi Miyake van het National Institute of Advanced Industrial Science and Technology in Japan, kwam eerder dit jaar tot soortgelijke conclusies, maar op een andere manier. Deze groep analyseerde de voorgestelde bct-koolstofstructuur met behulp van kwantummechanische simulaties. Ze ontdekten dat bct-koolstof stabieler was dan grafiet bij 18,6 GPa, en dat wanneer het wordt gemengd met M-koolstof het een röntgendiffractiepatroon zou produceren dat nauw overeenkomt met dat van 2003. (M-koolstof is een structuur die bestaat uit lagen koolstof in ringen van vijf en zeven leden.)

Het artikel van het team van Hui-Tian Wang werd gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordeling B , terwijl het onderzoek in de VS/Japan werd gerapporteerd in Fysieke beoordelingsbrieven in maart dit jaar.

© 2010 PhysOrg.com