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L'immagine sopra mostra la struttura del materiale d'inizio: carbonio-60 mischiato ad un solvente a base di xilene. Credit: Lin Wang/Carnegie Institution
Un team di scienziati guidato da Lin Wang del Carnegie, ha osservato una nuova forma di ammassi molto duri di carbonio, che sono molto insoliti nella loro forma mista di cristalli e la loro struttura disordinata. Il materiale che può intaccare persino il diamante, potrebbe essere impegnato sia nell'industria elettrochimica che nell'industria elettronica e meccanica. Il lavoro di ricerca è stato pubblicato su Science.
Il carbonio è il quarto più abbondante elementi nell'universo e si può trovare sotto un'enorme varietà di forme, dal grafene a forma di esagoni precisissimi, alla grafite che abbiamo nei lapis, al diamante, come nanotubi cilindrici oppure come sfere simili a palle di calcio, chiamate fullereni. Alcune forme di carbonio sono cristalline, cioè hanno una struttura organizzata in unità atomiche che si ripetono. Altre forme sono più amorfe, il che significa che la loro struttura manca di un ordine come nei cristalli. Dei prodotti ibridi che combinano sia elementi cristallini che elementi amorfi non sono mai stati osservati, anche se da molto tempo gli scienziati hanno detto che in teoria è possibile crearle.
Il team di Wang, tra cui ci sono anche Wenge Yang, Zhenxian Liu, Stanislav Sinogeikin e Yue Meng, hanno iniziato a lavorare con una sostanza chiamate "gabbie di carbonio-60", composta di palle altamente organizzate di carbonio, costruite da anelli di pentagoni ed esagoni, legati insieme per formare delle forme vuote. Un solvente organico a base di xilene è stato poi immerso negli spazi tra le palle per formare una nuova struttura. Poi hanno applicato una grande pressione a questo misto di gabbie e solvente per vedere cosa succedeva sotto stress.
A pressioni relativamente basse, le gabbie di carbonio-60 hanno mantenuto la loro struttura intatta, ma man mano che aumentava la pressione, la struttura ha iniziato a collassare per formare ammassi più amorfi. Tuttavia, questi ammassi amorfi occupavano ancora le loro posizioni originali, formando così una struttura a matrice.
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Questa simulazione mostra il materiale di partenza (a sinistra) e la nuova matrice formata dopo il trattamento (a destra. Credit: Lin Wang/CIW
Il team ha scoperto che c'è una piccola "finestra" di pressione, a circa 320.000 atmosfere terrestri, sotto cui il carbonio assume una nuova particolare struttura e non ritorna nella vecchia forma a gabbia quando la pressione è rimossa. Questo è cruciale per trovare applicazioni pratiche per questo nuovo materiale.
Il nuovo materiale è stato in grado di intaccare la struttura del diamante usato per creare le condizioni ad alta pressione. Questo significa che abbiamo tra le mani un nuovo materiale incredibilmente duro e resistente.
Se il solvente usato per preparare questa nuova forma di carbonio viene rimosso tramite un trattamento di calore, il materiale perde le sue proprietà di struttura a matrice. Dato che ci sono molti simili solventi, è teoreticamente possibile che si possano creare tante diverse versioni di questo materiale ognuna con proprietà leggermente diverse.
http://carnegiescience.edu/news/new_for ... n_observed