Углерод — это элемент, казалось бы, безграничных возможностей. Это связано с тем, что конфигурация его электронов допускает многочисленные комбинации самосвязывания, которые приводят к появлению ряда материалов с различными свойствами. Например, прозрачные сверхтвердые алмазы и непрозрачный графит, который используется как для карандашей, так и для промышленных смазок, состоят исключительно из углерода.В рамках этого международного сотрудничества между Университетом Яньшань и Карнеги, в которое вошли Чжишэн Чжао из Карнеги, Тимоти Штробель, Йошио Коно, Цзиньфу Шу, Хо-гванг «Дэйв» Мао, Инвэй Фэй и Гоинь Шэнь, ученые оказывали давление и нагревали структурно неупорядоченную форму. углерода называется стеклоуглеродом.
Исходный стеклоуглерод был доведен до примерно 250 000 раз нормального атмосферного давления и нагрет до примерно 1800 градусов по Фаренгейту, чтобы создать новый прочный и эластичный углерод. Их результаты опубликованы Science Advances.
Ученые ранее пытались подвергать стеклоуглерод воздействию высокого давления как при комнатной температуре (так называемое холодное сжатие), так и при чрезвычайно высоких температурах. Но так называемый материал, синтезированный холодным способом, не мог сохранять свою структуру при возвращении к атмосферному давлению, и в чрезвычайно горячих условиях образовывались нанокристаллические алмазы.Вновь созданный углерод состоит как из графитоподобных, так и из алмазоподобных мотивов связки, что дает начало уникальной комбинации свойств. В условиях синтеза под высоким давлением неупорядоченные слои внутри стеклоуглеродного изгиба сливаются и соединяются различными способами.
Этот процесс создает общую структуру, в которой отсутствует дальний пространственный порядок, но есть ближняя пространственная организация в нанометровом масштабе.«Легкие материалы с высокой прочностью и высокой эластичностью, подобные этому, очень желательны для применений, где снижение веса имеет первостепенное значение, даже больше, чем стоимость материала», — объяснил Чжишэн Чжао, бывший научный сотрудник Карнеги, который сейчас является профессором Университета Яншань. «Более того, мы считаем, что этот метод синтеза можно отточить для создания других необычных форм углерода и совершенно других классов материалов».