Een theoretische, driedimensionale (3D) vorm van koolstof die onder omgevingstemperatuur en -druk metaalachtig is, is ontdekt door een internationaal onderzoeksteam.

De bevindingen, die de koolstofwetenschap aanzienlijk kan bevorderen, worden deze week online gepubliceerd in de Early Edition van de Proceedings van de National Academy of Sciences .

Koolstofwetenschap is een gebied van intensief onderzoek. Niet alleen vormt koolstof de chemische basis van het leven, maar het heeft een rijke scheikunde en natuurkunde, waardoor het een interessant doelwit is voor materiaalwetenschappers. Van grafiet tot diamant tot Buckminster fullerenen, nanobuisjes en grafeen, koolstof kan worden weergegeven in een reeks structuren.

Maar de zoektocht naar een stabiele driedimensionale vorm van koolstof die metaalachtig is onder omgevingsomstandigheden, inclusief temperatuur en druk, is een voortdurende uitdaging gebleven voor wetenschappers in het veld.

Onderzoekers van de Universiteit van Peking, Virginia Commonwealth University en Shanghai Institute of Technical Physics gebruikten geavanceerde theoretische methoden om aan te tonen dat het mogelijk is koolstof te manipuleren om een ​​driedimensionale metaalfase te vormen met in elkaar grijpende zeshoeken.

"De in elkaar grijpende zeshoeken bieden twee unieke kenmerken - zeshoekige opstelling introduceert een metaalachtig karakter, en de in elkaar grijpende vorm met tetraëdrische binding garandeert stabiliteit, " zei co-hoofdonderzoeker Puru Jena, doctoraat, onderscheiden hoogleraar natuurkunde aan het VCU College of Humanities and Sciences.

De juiste combinatie van deze eigenschappen zou ooit kunnen worden toegepast op verschillende technologieën.

"In tegenstelling tot hogedruktechnieken waarbij drie terapascal druk nodig is om koolstof metallisch te maken, de bestudeerde structuren zijn stabiel bij omgevingscondities en kunnen worden gesynthetiseerd met behulp van benzeen- of polyaceenmoleculen, " zei co-hoofdonderzoeker Qian Wang, doctoraat, die een hoogleraarspositie heeft aan de Universiteit van Peking en een adjunct-faculteitsfunctie aan de VCU.

"De nieuwe metalen koolstofstructuren kunnen belangrijke toepassingen hebben in lichtgewicht metalen voor ruimtetoepassingen, katalyse en in apparaten die een negatieve differentiële weerstand of supergeleiding vertonen, ' zei Wang.

Volgens Jena, het team is nog vroeg in het ontdekkingsproces, maar hopen dat deze bevindingen het werk van de theorie naar de experimentele fase kunnen verplaatsen.

De studie is getiteld, "Driedimensionale metalen koolstof:stabiele fasen met in elkaar grijpende zeshoeken."