(Phys.org) -- Een team van wetenschappers onder leiding van Lin Wang van Carnegie heeft een nieuwe vorm van zeer harde koolstofclusters waargenomen, die ongebruikelijk zijn in hun mix van kristallijne en ongeordende structuur. Het materiaal kan diamant inspringen. Deze bevinding heeft potentiële toepassingen voor een reeks mechanische, elektronisch, en elektrochemische toepassingen. Het werk is gepubliceerd in Wetenschap op 17 augustus.

Koolstof is het op drie na meest voorkomende element in het universum en neemt een grote verscheidenheid aan vormen aan:het honingraatachtige grafeen, het potlood "lood" grafiet, diamant, cilindrisch gestructureerde nanobuisjes, en holle bollen die fullerenen worden genoemd.

Sommige vormen van koolstof zijn kristallijn, wat betekent dat de structuur is georganiseerd in herhalende atomaire eenheden. Andere vormen zijn amorf, wat betekent dat de structuur de lange-afstandsvolgorde van kristallen mist. Hybride producten die zowel kristallijne als amorfe elementen combineren, waren niet eerder waargenomen, hoewel wetenschappers geloofden dat ze konden worden gemaakt.

Wang's team, inclusief Wenge Yang van Carnegie, Zhenxian Liu, Stanislav Sinogeikin, en Yue Meng - begonnen met een stof genaamd koolstof-60 kooien, gemaakt van goed georganiseerde ballen van koolstof gemaakt van vijfhoekige en zeshoekige ringen die aan elkaar zijn gehecht om een ​​ronde te vormen, holle vorm. Een organisch xyleenoplosmiddel werd in de ruimten tussen de ballen gedaan en vormde een nieuwe structuur. Vervolgens oefenden ze druk uit op deze combinatie van koolstofkooien en oplosmiddel, om te zien hoe het veranderde onder verschillende spanningen.

Bij relatief lage druk, de koolstof-60's kooistructuur bleef. Maar naarmate de druk toenam, de kooistructuren begonnen in te storten in meer amorfe koolstofclusters. Echter, de amorfe clusters bezetten nog steeds hun oorspronkelijke locaties, het vormen van een roosterstructuur.

Het team ontdekte dat er een smal drukvenster is, ongeveer 320, 000 keer de normale atmosfeer, waaronder deze nieuwe gestructureerde koolstof wordt gemaakt en niet terugkaatst naar de kooistructuur wanneer de druk wordt weggenomen. Dit is cruciaal voor het vinden van praktische toepassingen voor het nieuwe materiaal in de toekomst.

Dit materiaal was in staat om het diamanten aambeeld te laten inspringen dat werd gebruikt bij het creëren van de hogedrukomstandigheden. Dit betekent dat het materiaal superhard is.

Als het oplosmiddel dat is gebruikt om de nieuwe vorm van koolstof te bereiden, wordt verwijderd door een warmtebehandeling, het materiaal verliest zijn roosterperiodiciteit, wat aangeeft dat het oplosmiddel cruciaal is voor het handhaven van de chemische overgang die ten grondslag ligt aan de nieuwe structuur. Omdat er veel vergelijkbare oplosmiddelen zijn, is het theoretisch mogelijk dat een array van soortgelijke, maar een beetje anders, Met deze drukmethode kunnen koolstofroosters worden gemaakt.

"We hebben een nieuw type koolstofmateriaal gemaakt, een die vergelijkbaar is met diamant in zijn onvermogen om te worden gecomprimeerd, Wang zei. "Eenmaal gecreëerd onder extreme druk, dit materiaal kan bestaan ​​onder normale omstandigheden, meaning it could be used for a wide array of practical applications."