Estructuras simuladas que muestran el material de partida (izquierda) de las "buckyballs" de carbono 60 (magenta) y el solvente m-xileno (azul) y su forma superdura (derecha) después de haber sido comprimida por más de 400, 000 atmósferas de presión dentro de una celda de yunque de diamante. Aunque las buckyballs trituradas son amorfas, el solvente preservó el orden cristalino de largo alcance del material. Imagen de Lin Wang, Institución Carnegie de Washington
(Phys.org) - Un equipo de científicos dirigido por Lin Wang de Carnegie ha observado una nueva forma de cúmulos de carbono muy duros, que son inusuales en su mezcla de estructura cristalina y desordenada. El material es capaz de sangrar el diamante. Este hallazgo tiene aplicaciones potenciales para una amplia gama de electrónico, y usos electroquímicos. El trabajo está publicado en Ciencias el 17 de agosto.
El carbono es el cuarto elemento más abundante en el universo y adopta una amplia variedad de formas:el grafeno en forma de panal, el grafito "mina" del lápiz, diamante, nanotubos de estructura cilíndrica, y esferas huecas llamadas fullerenos.
Algunas formas de carbono son cristalinas, lo que significa que la estructura está organizada en unidades atómicas repetidas. Otras formas son amorfas, lo que significa que la estructura carece del orden de cristales de largo alcance. No se habían observado previamente productos híbridos que combinen elementos tanto cristalinos como amorfos, aunque los científicos creían que podían crearse.
El equipo de Wang, incluido Wenge Yang de Carnegie, Zhenxian Liu, Stanislav Sinogeikin, y Yue Meng:comenzó con una sustancia llamada jaulas de carbono 60, hecho de bolas de carbono altamente organizadas construidas con pentágono y anillos hexagonales unidos entre sí para formar una ronda, forma hueca. Se colocó un disolvente de xileno orgánico en los espacios entre las bolas y se formó una nueva estructura. Luego aplicaron presión a esta combinación de jaulas de carbono y solvente, para ver cómo cambió bajo diferentes tensiones.
Una microfotografía óptica de la superficie de un yunque de diamante muestra dos abolladuras de "grieta de anillo" (flechas magenta) después de que se utilizó para comprimir un material de bola de buckey / xileno con casi 330, 000 atmósferas de presión. Las grietas indican que el material triturado es "superduro". es decir, casi tan duro como el diamante, el material a granel más duro del mundo. Imagen de Lin Wang, Institución Carnegie de Washington
A una presión relativamente baja, La estructura de la jaula del carbono-60 se mantuvo. Pero a medida que aumentaba la presión, las estructuras de la jaula comenzaron a colapsar en grupos de carbono más amorfos. Sin embargo, los grupos amorfos todavía ocupan sus sitios originales, formando una estructura de celosía.
El equipo descubrió que existe una estrecha ventana de presión, alrededor de 320, 000 veces la atmósfera normal, bajo el cual se crea este nuevo carbono estructurado y no rebota en la estructura de la jaula cuando se elimina la presión. Esto es crucial para encontrar aplicaciones prácticas para el nuevo material en el futuro.
Este material fue capaz de sangrar el yunque de diamante utilizado para crear las condiciones de alta presión. Esto significa que el material es superduro.
Si el disolvente utilizado para preparar la nueva forma de carbono se elimina mediante tratamiento térmico, el material pierde su periodicidad reticular, indicando que el solvente es crucial para mantener la transición química que subyace a la nueva estructura. Debido a que existen muchos disolventes similares, teóricamente es posible que una matriz de similares, pero ligeramente diferente, Se podrían crear celosías de carbono utilizando este método de presión.
"Creamos un nuevo tipo de material de carbono, uno que es comparable al diamante en su incapacidad para ser comprimido, ", Dijo Wang." Una vez creado bajo presiones extremas, este material puede existir en condiciones normales, lo que significa que podría usarse para una amplia gama de aplicaciones prácticas ".
