(PhysOrg.com) -- Koolstof komt in veel verschillende vormen, en nu hebben wetenschappers een andere nieuwe vorm voorspeld, of allotroop, van koolstof. De nieuwe vorm van koolstof, die ze T-koolstof noemen, heeft zeer intrigerende fysieke eigenschappen die suggereren dat het een breed scala aan toepassingen zou kunnen hebben.

De wetenschappers, Xian-Lei Sheng, Qing Bo Yan, Fei, Qing-Rong Zheng, en Gang Su, van de Graduate University of Chinese Academy of Sciences in Peking, China, hebben hun studie over de eerste-principeberekeningen van T-koolstof gepubliceerd in een recent nummer van Fysieke beoordelingsbrieven .

Allotropen worden gevormd wanneer de atomen in een stof die slechts één type atoom bevat, anders zijn gerangschikt. Hoewel veel stoffen meerdere allotropen hebben, koolstof heeft het grootste aantal bekende allotropen. De drie bekendste koolstofallotropen zijn amorfe koolstof (zoals steenkool en roet), grafiet, en diamant. Sinds de jaren tachtig, wetenschappers hebben nieuwere allotropen gesynthetiseerd, inclusief koolstof nanobuisjes, grafeen, en fullerenen, die allemaal een aanzienlijke wetenschappelijke en technologische impact hebben gehad.

Met meer recente ontwikkelingen in synthetische gereedschappen, wetenschappers hebben een breed scala aan nieuwe - en soms ongrijpbare - koolstofallotropen onderzocht. In het licht van deze onderzoeken, Sheng, et al., schrijven in hun studie dat het erop lijkt dat we het tijdperk van koolstofallotropen ingaan.

Hier, de wetenschappers legden uit hoe je een nieuwe koolstofallotroop kunt verkrijgen door elk koolstofatoom in diamant te vervangen door een koolstoftetraëder (vandaar de naam "T-koolstof"). Ze werden geïnspireerd door de vervanging van elk koolstofatoom in methaan door een koolstoftetraëder, die tetraëder vormt.

"[Onze studie] voegt een mogelijke nieuwe allotroop van koolstof toe met verbazingwekkende eigenschappen, Su vertelde PhysOrg.com . “T-koolstof heeft andere bindingshoeken dan grafiet en diamant, maar de interessante structuur is nog steeds vrij stabiel en heeft dezelfde groepssymmetrie als diamant, waardoor de visie en kennis van mensen over koolstofbinding wordt verruimd.”

Elke eenheidscel van de T-koolstofstructuur bevat twee tetraëders met acht koolstofatomen. Zoals de berekeningen van de wetenschappers aantoonden, T-koolstof is thermodynamisch stabiel bij omgevingsdruk en is een halfgeleider. T-koolstof is een derde zachter dan diamant, wat het hardst bekende natuurlijke materiaal is. De nieuwe koolstofallotroop heeft ook een veel lagere dichtheid dan diamant, waardoor het "pluizig" wordt.

De wetenschappers berekenden ook dat T-koolstof grote tussenruimten heeft tussen atomen in vergelijking met andere vormen van koolstof, wat het potentieel nuttig zou kunnen maken voor waterstofopslag. In aanvulling, de unieke fysische eigenschappen van deze nieuwe koolstofallotroop maken het een veelbelovend materiaal voor fotokatalyse, adsorptie, en ruimtevaarttoepassingen.

“Wij geloven dat, indien verkregen, T-koolstof is zo pluizig dat het kan worden gebruikt om waterstof op te slaan, lithium, en andere kleine moleculen voor energiedoeleinden, ' zei Su. "Het kan worden gebruikt als fotokatalyse voor het splitsen van water om waterstof te genereren, of als adsorptiemateriaal voor milieubescherming. Omdat het een zeer lage dichtheid maar een hoge modulus en hardheid heeft, het is heel geschikt voor ruimtevaartmaterialen, sportmaterialen zoals een tennisracket, Golf Club, enzovoort., en cruiserhuid, enzovoort.”

De wetenschappers merkten ook op dat T-koolstof astronomische implicaties kan hebben als een potentiële component van interstellair stof en koolstof-exoplaneten.

“Er is een al lang bestaande puzzel in de astronomie die bekend staat als de ‘koolstofcrisis’ in interstellair stof, ' zei Su. “Waarnemingen door de Hubble-telescoop hebben aangetoond dat het koolstofbudget in stof diep in het rood staat, en er is niet voldoende koolstof in stof om de lichtvervormingen te verklaren.”

In aanvulling, de exoplaneet WASP-12b heeft onlangs een grote hoeveelheid koolstof gevonden, waardoor het de eerste koolstofrijke exoplaneet is die ooit is ontdekt. Omdat de structuur van de koolstof in WASP-12b nog onduidelijk is, T-koolstof zou ook een van de mogelijke kandidaten kunnen zijn voor deze koolstofplaneet.

Om T-koolstof verder te onderzoeken, de onderzoekers willen de nieuwe allotroop in het lab synthetiseren, hoewel ze zeggen dat dit waarschijnlijk erg moeilijk zal zijn.

“Een synthese van T-koolstof in het lab vormt een grote uitdaging voor materiaalwetenschappers en chemici, ' zei Su. “We stellen de volgende manieren voor:het gebruik van de CVD-techniek onder een negatieve drukomgeving; detonatie op diamant of grafiet; kristallisatie van amorfe tetragonale koolstof; of het uitrekken van kubieke diamant onder extreem grote sterkte.”

Copyright 2010 PhysOrg.com.
Alle rechten voorbehouden. Dit materiaal mag niet worden gepubliceerd, uitzending, geheel of gedeeltelijk herschreven of herverdeeld zonder de uitdrukkelijke schriftelijke toestemming van PhysOrg.com.