Ny form for kulstof er hårdt som sten og elastisk som gummi

Et nyt kulstofmateriale er både ultrastærkt, let, elastisk og elektrisk ledende.

Det kan vise sig interessant til såvel militære som civile anvendelser inden for luftfart og rumfart, mener forskere fra Kina og USA, der præsenterer det nye materiale i en videnskabelig artikel i Science Advances.

Omkostningen ved at producere materialet vil dog nok betyde, at det ikke får en masseudbredelse.

Kulstof er et atom, hvis elektronkonfiguration tillader det at lave flere forskellige bindinger.

Derfor har diamant, grafit og helt flade, todimensionelle grafen-lag meget forskellige mekaniske og elektriske egenskaber. Det betyder, kulstof – i forskellige former – kan bruges både som et smøremiddel og til at skære med.

Ved at kombinere de forskellige bindinger i ét og samme kulstofmateriale kan man designe materialeegenskaberne på helt nye og uventede måder.

Glasagtigt kulstof sammenpresses

Det har Zhisheng Zhao og Yongjun Tian fra Yanshan University i Kina sammen med kolleger fra bl.a. Carnegie Institution of Washington i USA opnået ved at tage udgangspunkt i glasagtigt kulstof (glassy carbon).

Det samme materiale har forskerne fra nogle af de samme forskningsinstitutioner tidligere arbejdet med, og de har opnået usædvanlige egenskaber ved sammenpresning under ekstremt høje tryk.

I de nye forsøg har de anvendt en mere moderat sammenpresning end tidligere, som dog svarer til et tryk på 25 gigapascal (ca. 250.000 atmosfærer). Det er sket under opvarmning til temperaturer på op til ca. 1100 grader celsius.

Herved omdannes nogle af sp²-bindingerne til sp³-bindinger, som giver anledning til de helt unikke egenskaber.

Ikke for koldt, ikke for varmt – men lige tilpas

Som vi skrev i 2011 om de første forsøg med sammenpresning af glasagtigt kulstof under høje tryk ved stuetemperatur, var det et problem, at de særlige egenskaber forsvandt igen, når trykket blev fjernet.

Man har også tidligere forsøgt sig med sammenpresning under meget høje temperaturer. Men så blev der dannet nanokrystallinske diamanter – og det er man ikke interesseret i.

Men nu har forskerne tilsyneladende knækket problemstillingen med fremstilling og fundet de rette processer, der sikrer, at materialet bevarer de ønskede egenskaber.

Hermed er ballet for alvor åbnet for design af nye materialer – og det gælder både for teoretikere og eksperimentalfysikere, skriver forskerne afslutningsvis i deres videnskabelige artikel.