Des chercheurs de la Virginia Commonwealth University et d'universités en Chine et au Japon ont découvert une nouvelle variante structurelle du carbone appelée "penta-graphene" - une feuille très mince de carbone pur qui a une structure unique inspirée par un motif pentagonal de tuiles trouvées dans les rues de Caire.

Le matériel nouvellement découvert, appelé penta-graphène, est une seule couche de pentagones de carbone qui ressemble au carrelage du Caire, et cela semble être dynamique, thermiquement et mécaniquement stable.

"Les trois dernières formes importantes de carbone qui ont été découvertes étaient le fullerène, le nanotube et le graphène. Chacun d'eux a une structure unique. Le penta-graphene appartiendra à cette catégorie, " a déclaré l'auteur principal de l'article, Puru Iéna, Doctorat., professeur distingué au Département de physique du Collège des sciences humaines de VCU.

L'article des chercheurs, "Penta-Graphène :Un Nouvel Allotrope Carbone, " apparaîtra dans le journal Actes de l'Académie nationale des sciences , et est basé sur des recherches lancées à l'Université de Pékin et à VCU.

Qian Wang, Doctorat., professeur à l'Université de Pékin et professeur adjoint à VCU, était en train de dîner dans un restaurant à Pékin avec son mari lorsqu'elle a remarqué des œuvres d'art sur le mur représentant des carreaux du pentagone des rues du Caire.

« J'ai dit à mon mari, "Venir, voir! Il s'agit d'un motif composé uniquement de pentagones, '", a-t-elle déclaré. "J'ai pris une photo et je l'ai envoyée à l'un de mes élèves, et dit, «Je pense que nous pouvons faire cela. C'est peut-être stable. Mais vous devez le vérifier attentivement. Il a fait, et il s'est avéré que cette structure est si belle mais aussi très simple."

La plupart des formes de carbone sont constituées de blocs de construction hexagonaux, parfois entrecoupées de pentagones. Le penta-graphene serait un allotrope de carbone bidimensionnel unique composé exclusivement de pentagones.

Avec Jena et Wang, les auteurs de l'article incluent Shunhong Zhang, Doctorant, de l'Université de Pékin; Jian Zhou, Doctorat., un chercheur postdoctoral à VCU; Xiaoshuang Chen, Doctorat., de l'Académie chinoise des sciences à Shanghai; et Yoshiyuki Kawazoe, Doctorat., de l'Université du Tohoku à Sendai, Japon.

Les chercheurs ont simulé la synthèse du penta-graphène à l'aide d'une modélisation informatique. Les résultats suggèrent que le matériau pourrait surpasser le graphène dans certaines applications, car il serait mécaniquement stable, posséder une très grande résistance, et être capable de résister à des températures allant jusqu'à 1, 000 degrés Kelvin.

« Vous connaissez le dicton, les diamants sont éternels? C'est parce qu'il faut beaucoup d'énergie pour reconvertir le diamant en graphite, " dit Jena. "Ce sera similaire."

Le penta-graphene a plusieurs propriétés intéressantes et inhabituelles, dit Iéna. Par exemple, le penta-graphène est un semi-conducteur, alors que le graphène est un conducteur d'électricité.

« Quand vous prenez du graphène et que vous l'enroulez, vous faites ce qu'on appelle un nanotube de carbone qui peut être métallique ou semi-conducteur, " dit Jena. " Penta-graphene, quand tu l'enroules, fera également un nanotube, mais c'est toujours semi-conducteur."

La façon dont le matériau s'étire est également très inhabituelle, les chercheurs ont dit.

"Si vous étirez le graphène, il s'étendra dans la direction où il est étiré, mais se contracte le long de la direction perpendiculaire." Wang a dit. "Cependant, si vous étirez le penta-graphène, il s'étendra dans les deux sens."

La résistance mécanique du matériau, dérivé d'une propriété rare connue sous le nom de rapport de Poisson négatif, peut contenir des applications particulièrement intéressantes pour la technologie, les chercheurs ont dit.

Les propriétés du penta-graphene suggèrent qu'il pourrait avoir des applications en électronique, biomédecine, nanotechnologie et plus encore.

L'étape suivante, Iéna a dit, est pour les scientifiques de synthétiser le penta-graphène.

"Une fois que vous l'avez fait, il [sera] très stable. Alors la question devient, comment faites-vous cela? Dans ce document, nous avons des idées. À l'heure actuelle, le projet est théorique. Il est basé sur la modélisation informatique, mais nous croyons fermement à cette prédiction. Et une fois que vous l'avez fait, il ouvrira une toute nouvelle branche de la science du carbone. Le carbone bidimensionnel fait entièrement de pentagones n'a jamais été connu."