Visualisation des différents types de liaisons de type diamant (sphères rouges) formées sur des surfaces courbes ou entre les couches de graphène (sphères noires) dans ce nouveau type de carbone vitreux comprimé. Crédit :Timothy Strobel.
Une équipe comprenant plusieurs scientifiques de Carnegie a développé une forme de carbone léger qui est également élastique et électriquement conducteur. Un matériau avec une telle combinaison unique de propriétés pourrait servir une grande variété d'applications, de l'ingénierie aérospatiale aux blindages militaires.
Le carbone est un élément aux possibilités apparemment infinies. En effet, la configuration de ses électrons permet de nombreuses combinaisons d'auto-liaison qui donnent naissance à une gamme de matériaux aux propriétés variables. Par exemple, transparent, diamants extra-durs, et graphite opaque, qui est utilisé à la fois pour les crayons et le lubrifiant industriel, sont composés uniquement de carbone.
Dans cette collaboration internationale entre l'Université Yanshan et Carnegie, qui comprenait Zhisheng Zhao de Carnegie, Timothée Strobel, Yoshio Kono, Jinfu Shu, Ho-kwang "Dave" Mao, Yingwei Fei, et Guoyin Shen, les scientifiques ont mis sous pression et chauffé une forme de carbone structurellement désordonnée appelée carbone vitreux. La matière première de carbone vitreux a été portée à environ 250, 000 fois la pression atmosphérique normale et chauffé à environ 1, 800 degrés Fahrenheit pour créer le nouveau carbone solide et élastique. Leurs conclusions sont publiées par Avancées scientifiques .
Les scientifiques avaient déjà essayé de soumettre du carbone vitreux à des pressions élevées à la fois à température ambiante (appelée compression à froid) et à des températures extrêmement élevées. Mais le matériau dit de synthèse à froid n'a pas pu conserver sa structure lorsqu'il a été ramené à la pression ambiante, et dans des conditions extrêmement chaudes, des diamants nanocristallins se sont formés.
Visualisation de l'ultrafort, carbone vitreux comprimé dur et élastique. La structure illustrée est superposée sur une image au microscope électronique du matériau. Crédit :Timothy Strobel.
Le carbone nouvellement créé est composé à la fois de motifs de liaison de type graphite et de type diamant, ce qui donne lieu à la combinaison unique de propriétés. Dans les conditions de synthèse à haute pression, couches désordonnées au sein de la boucle de carbone vitreux, fusionner, et se connecter de diverses manières. Ce processus crée une structure globale qui manque d'un ordre spatial à long terme, mais a une organisation spatiale à courte portée à l'échelle nanométrique.
