De nombreuses substances aux propriétés chimiques et physiques différentes, du diamant au graphite, sont constitués d'atomes de carbone. Les formes amorphes de carbone solide n'ont pas de structure cristalline fixe et se composent d'unités structurelles - des particules de graphène de taille nanométrique. Une équipe de physiciens de l'Université RUDN a étudié la structure du carbone amorphe et a suggéré de le classer comme un type distinct de corps solides amorphes :un amorphe moléculaire avec fragmentation forcée. Les résultats de l'étude ont été publiés dans le Fullerènes, Nanotubes et nanostructures de carbone journal.

Le carbone solide a de nombreuses modifications allotropiques. Cela signifie que des substances ayant des propriétés chimiques et physiques différentes peuvent être construites à partir d'un seul et même atomes disposés dans des structures différentes. La variété des allotropes du carbone est due aux propriétés particulières de ses atomes, à savoir leur capacité unique à former des célibataires, double, et des liaisons à triple valence. Si, en raison de certaines conditions de réaction, seules des liaisons simples sont formées (c'est-à-dire la soi-disant sp ³ -l'hybridation a lieu), le carbone solide a la forme d'une grille tridimensionnelle de tétraèdres, c'est-à-dire un diamant. Si les conditions sont favorables à la formation de doubles liaisons (sp ² -hybridation), le carbone solide a la forme de graphite, une structure de couches plates constituées de cellules hexagonales en forme de peigne. Les couches individuelles de ce corps solide sont appelées graphène. Ces deux types de structures carbonées solides sont observés à la fois dans les cristaux ordonnés et les corps amorphes non ordonnés. Le carbone solide est largement répandu dans la nature à la fois sous forme de gisements de roche cristalline (graphite ou diamant) et sous forme amorphe (charbon brun et noir, shungite, anthraxolite, et autres minéraux).

Contrairement à sa forme cristalline, le carbone amorphe naturel appartient à la sp ² taper. Une étude majeure de la structure et de la composition élémentaire de sp ² carbone amorphe a été menée à l'initiative et avec la participation d'une équipe de physiciens de l'Université RUDN. Au cours de l'étude, l'équipe a également effectué des mesures spectrales par spectroscopie photoélectronique, diffusion inélastique des neutrons, absorption infrarouge, et la diffusion Raman. Sur la base des résultats de l'étude, l'équipe a conclu que sp ² le carbone amorphe est une structure fractale basée sur des domaines de graphène de taille nanométrique qui sont entourés d'atomes d'autres éléments (hydrogène, oxygène, azote, soufre, etc). Avec cette hypothèse, l'équipe a pratiquement réécrit l'histoire du carbone amorphe connue de l'humanité depuis le tout premier incendie d'origine humaine.

"La découverte et la confirmation expérimentale de la nature graphène de "l'or noir" va complètement changer la théorie, la modélisation, et l'interprétation des expériences avec cette classe de substances. Cependant, certaines questions restent sans réponse. Que fait la physique du solide de cet état amorphe du carbone solide ? Quel rôle le carbone amorphe avec sp ² -l'hybridation joue-t-elle dans l'ensemble ? Nous avons essayé de trouver nos propres réponses, " dit Elena Sheka, un doctorat en Physique et Mathématiques, et professeur consultant à la Faculté de physique et de mathématiques et sciences naturelles, Université RUDN.

L'équipe a passé deux ans à étudier en profondeur la nature du carbone amorphe. D'autres résultats de cet ambitieux projet ont été publiés dans Fullerènes, Nanotubes et nanostructures de carbone , Journal de chimie physique C , et Journal des solides non cristallins, Nanomatériaux . Ensemble, ces travaux confirment une percée réalisée par les physiciens de l'Université RUDN dans ce domaine complexe de la physique.

"Nous avons analysé de nombreuses études sur les sp amorphes ² carbone du point de vue de notre compréhension générale des corps solides amorphes. Sur la base de nos recherches, nous pouvons confirmer qu'il appartient à un nouveau type de substances amorphes, " a ajouté Elena Sheka de l'Université RUDN.