Νέα μορφή πολύ σκληρού άνθρακα χαράζει ακόμα και διαμάντι

Επιστήμονες από τις ΗΠΑ και την Κίνα βρήκαν μια νέα μορφή κρυσταλλικού και ταυτόχρονα άμορφου άνθρακα που είναι ιδιαίτερα σκληρός και μπορεί να χαράξει ακόμα και το διαμάντι. Η ανακάλυψη μπορεί να έχει πρακτικές εφαρμογές σε διάφορες μηχανικές, ηλεκτρονικές και ηλεκτροχημικές χρήσεις.

Οι ερευνητές του επιστημονικού Ινστιτούτου Κάρνεγκι της Ουάσιγκτον, με επικεφαλής τον Λιν Γουάνγκ, που δημοσίευσαν τη σχετική μελέτη στο περιοδικό Science, δήλωσαν ότι δημιούργησαν έναν νέο τύπο άνθρακα, συγκρίσιμου με το διαμάντι, όσον αφορά τη δυσκολία να συμπιεστεί και τη σκληρότητά του. Το νέο υλικό, αφού δημιουργηθεί υπό πολύ υψηλή πίεση, στη συνέχεια είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικό σε φυσιολογικές συνθήκες, γιΆ αυτό θα μπορούσε να αξιοποιηθεί σε πολλές πρακτικές εφαρμογές.

Ο άνθρακας είναι το τέταρτο πιο διαδεδομένο χημικό στοιχείο στο σύμπαν και συναντάται σε μια ποικιλία μορφών, μερικές από τις οποίες είναι πιο κοινές (όπως το κάρβουνο, ο γραφίτης στις μύτες των μολυβιών και το διαμάντι), ενώ άλλες είναι πιο «εξωτικές», όπως το γραφένιο, οι κυλινδρικοί νανοσωλήνες άνθρακα και το φουλλερένιο.

Ορισμένες μορφές άνθρακα είναι κρυσταλλικές, εμφανίζοντας μια οργανωμένη εσωτερική δομή, ενώ άλλες είναι άμορφες χωρίς κρυσταλλική δομή. Η νέα μορφή άνθρακα είναι υβριδική συνδυάζοντας τόσο κρυσταλλικά, όσο και άμορφα στοιχεία, κάτι που ποτέ έως τώρα δεν είχε παρατηρηθεί ή δημιουργηθεί.

Οι ερευνητές ξεκίνησαν με μόρια, τα οποία ονομάζονται «κλωβοί άνθρακα- 60», που δημιουργούνται από άκρως δομημένες σφαίρες άνθρακα, αποτελούμενες από πενταγωνικούς και εξαγωνικούς δακτυλίους συνδεδεμένους μεταξύ τους, έτσι ώστε να σχηματίζεται ένα σφαιρικό κοίλο σχήμα. Στα κενά ανάμεσα στα σφαιρίδια αυτά προστέθηκε ένας οργανικός διαλύτης (ξυλόλιο), δημιουργώντας έτσι μια νέα δομή, η οποία υπέστη μεγάλες πιέσεις.

Τελικά, υπό την υψηλή πίεση (περίπου 320.000 φορές μεγαλύτερη από τη συνήθη πίεση στην επιφάνεια της Γης), η νέα δομή άρχισε να καταρρέει σε πιο άμορφα συμπλέγματα άνθρακα, που όμως παρέμειναν στις αρχικές θέσεις τους, σχηματίζοντας έτσι τη δομή ενός κρυσταλλικού πλέγματος. Αυτή η υβριδική (κρυσταλλική και ταυτόχρονα άμορφη) δομή άνθρακα αποδείχτηκε τόσο σκληρή που χάραξε το διαμαντένιο εργαλείο, το οποίο χρησιμοποιήθηκε για την άσκηση της πίεσης πάνω στο νέο υλικό. Το διαμάντι θεωρείται το πιο σκληρό υλικό στη φύση, πράγμα που οφείλεται στους πολύ ισχυρούς χημικούς δεσμούς ανάμεσα στα άτομα του άνθρακα που περιέχει.

Το νέο υλικό από άνθρακα έχει το πλεονέκτημα ότι δημιουργείται σε συνθήκες δωματίου, ενώ το συνθετικό διαμάντι σε υψηλή θερμοκρασία περίπου 1.500 βαθμών Κελσίου. Όμως μένει να αποδειχτεί κατά πόσο ο σκληρός άνθρακας μελλοντικά θα ανταγωνιστεί οικονομικά το διαμάντι σε πρακτικές εφαρμογές.