Wetenschappers hebben een manier gevonden om koolstof zowel zeer hard als zeer rekbaar te maken door het onder hoge druk te verhitten. Deze "gecomprimeerde glasachtige koolstof", ontwikkeld door onderzoekers in China en de VS, is ook licht van gewicht en kan mogelijk in zeer grote hoeveelheden worden gemaakt. Dit betekent dat het geschikt kan zijn voor verschillende soorten toepassingen, van kogelvrije vesten tot nieuwe soorten elektronische apparaten.

Koolstof is een bijzonder element vanwege de manier waarop de atomen verschillende soorten bindingen met elkaar kunnen vormen en zo verschillende structuren kunnen vormen. Bijvoorbeeld, koolstofatomen die volledig zijn verbonden door "sp³" -bindingen produceren diamant, en die volledig verbonden door "sp²" -bindingen produceren grafiet, die ook kan worden gescheiden in enkele lagen atomen die bekend staan ​​​​als grafeen. Een andere vorm van koolstof, bekend als glasachtige koolstof, is ook gemaakt van sp² en heeft eigenschappen van zowel grafiet als keramiek.

Maar de nieuwe gecomprimeerde glasachtige koolstof heeft een mix van sp³- en sp²-bindingen, dat is wat het zijn ongebruikelijke eigenschappen geeft. Om atoombindingen te maken heb je wat extra energie nodig. Toen de onderzoekers bij hoge temperaturen meerdere vellen grafeen samenknijpen, ze ontdekten dat bepaalde koolstofatomen precies in de juiste positie waren om sp³-bindingen tussen de lagen te vormen.

Door het nieuwe materiaal in detail te bestuderen, ze ontdekten dat iets meer dan een op de vijf van alle obligaties sp³ waren. Dit betekent dat de meeste atomen nog steeds in een grafeenachtige structuur zijn gerangschikt, maar door de nieuwe obligaties lijkt het meer op een grote, onderling verbonden netwerk en geef het meer kracht. Over de kleine schaal van individuele grafeenvellen, de atomen zijn geordend, zeshoekig patroon. Maar op grotere schaal, de bladen zijn op een wanordelijke manier gerangschikt. Dit is waarschijnlijk wat het de gecombineerde eigenschappen van hardheid en flexibiliteit geeft.

De onderzoekers maakten de gecomprimeerde glasachtige koolstof met een relatief eenvoudige methode die gemakkelijk en goedkoop op grote schaal kon worden gereproduceerd. In simpele termen, ze gebruikten een soort machinepers die hogedrukbelastingen op de koolstof uitoefent. Maar er moeten verschillende trucs zijn geweest om de druk en temperatuur precies op de juiste manier te regelen. Dit zou een tijdrovend proces zijn geweest, maar zou nog steeds haalbaar moeten zijn voor andere mensen die de resultaten repliceren.

Nieuwe verrassingen

Koolstofmaterialen verrassen ons voortdurend - en de nadruk van onderzoek lag op het vinden of koken van dingen tussen de natuurlijke vormen van diamant en grafiet. Deze nieuwe vorm is de nieuwste van wat lijkt op onbegrensde manieren waarop je koolstofatomen kunt binden, na de ontdekking van grafeen, cilindrische koolstofnanobuisjes en bolvormige buckminsterfullereenmoleculen.

Een materiaal als dit – dat is sterk, moeilijk, lichtgewicht en flexibel – er zal veel vraag naar zijn en kan voor allerlei toepassingen worden gebruikt. Bijvoorbeeld, militair gebruik kan betrekking hebben op schilden voor straaljagers en helikopters. Bij elektronica, lichtgewicht, goedkoop vervaardigde materialen met vergelijkbare eigenschappen als silicium en die ook nieuwe mogelijkheden zouden kunnen hebben, zouden een manier kunnen zijn om de beperkingen van bestaande microchips te overwinnen.

De droom is om een ​​koolstofmateriaal te vinden dat silicium volledig zou kunnen vervangen. Wat nodig is, is iets waarmee elektronen er snel doorheen kunnen gaan en waarvan de elektronen gemakkelijk in een aangeslagen toestand kunnen worden geplaatst om de aan- en uitfuncties van een transistor weer te geven. De onderzoekers achter glasachtige koolstof hebben deze eigenschappen in het nieuwe materiaal niet bestudeerd, dus we weten nog niet hoe geschikt het zou kunnen zijn. Maar het zal misschien niet zo lang meer duren voordat er nog een koolstof wordt gevonden. Tot dusver, decennia van jagen heeft niet opgeleverd wat we nodig hebben, maar misschien moeten we gewoon diep zoeken om het te vinden.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.