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

Vores nyhedsbreve

close
Når du tilmelder dig nyhedsbrevet, accepterer du både vores brugerbetingelser og at Mediehuset Ingeniøren og IDA group ind i mellem kontakter dig angående events, analyser, nyheder, tilbud etc. via telefon, SMS og e-mail. I nyhedsbreve og mails fra Mediehuset Ingeniøren kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.

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

Kulstofatomer med grafitbindinger (blå) og diamantbindinger (røde) giver et materiale med usædvanlige egenskaber. (Grafik: Timothy Strobel)

Ved at sammenkoble flade kulstoflag med bindinger som i diamant kan man optimere styrken og elasticiteten af kulstofmaterialer, som vil være velegnede i anvendelser, hvor vægt snarere end pris er afgørende.

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

sp2-bindinger
sp3-bindinger

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.

Det nye materiale består af sammenpresset glasagtigt kulstof (grafit) forbundet med diamantagtige bindinger (røde). (Grafik: Timothy Strobel)

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.

Læs også: Nyt superhårdt materiale: Amorfe diamanter

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.

Kommentarer (4)

Hvis jeg har fattet det korrekt, er materialet hårdt under kompression og elastisk under træk.
Hvis det er tilfældet, kan der være nogle militære anvendelsesmuligheder i fx "skudsikker" veste og lign påklædning.

  • 2
  • 2

@Thorbjørn og Michael. Hårdhed og elasticitet er ikke hinandens omvendte.

Elasticitet/stivhed [E-modul] er et materiales villighed/modstandskraft til at udvise/undgå elastisk deformation. Med 'elastisk' forstås at al deformation er midlertidig - når spændingen er frigivet vil materialet returnere til udgangspunktet. Det kan måles som hældningen på din lineære del af arbejdskurven.

Styrke [flydespænding, σ_y] er et materiales egenskab til at modstå plastisk deformation. Med plastisk deformation forstås permanent ændring.

Hårdhed [Hv, Hc osv.] er en overfladeegenskab af et materiale. Det måles med fx en Vickers diamant. Man trykker diamanten ned i materialet med en fikseret kraft og måler herefter hvor stort et aftryk (plastisk deformation) diamanten har forudsaget. Der er typisk en relation mellem styrke og hårdhed men undtagelser kan findes.

Et materiale kan være meget elastisk, stærkt og hårdt ligesom det pågældende i artiklen.
Forestil jer, at en stang udført i materialet (hvis det ellers kan udfærdiges som en stang) vil:
- bøje en del elastisk (hvilket er ønskværdigt i nogle situationer)
- være stærkt nok til at undgå plastisk deformation
- udvise stor slidstyrke (hvis der ellers er tale om abrasivt slid, hvor hårdhed er ønskværdigt)

Håber det giver lidt klarhed.

  • 9
  • 0