Ett team med flera Carnegie-forskare har utvecklat en form av ultrastarka, lättviktskol som också är elastiskt och elektriskt ledande. Ett material med en så unik kombination av egenskaper skulle kunna tjäna en mängd olika applikationer från rymdteknik till militär rustning.

Kol är en del av till synes oändliga möjligheter. Detta beror på att konfigurationen av dess elektroner tillåter många självbindande kombinationer som ger upphov till en rad material med varierande egenskaper. Till exempel, transparent, superhårda diamanter, och ogenomskinlig grafit, som används för både pennor och industrismörjmedel, består enbart av kol.

I detta internationella samarbete mellan Yanshan University och Carnegie – som inkluderade Carnegies Zhisheng Zhao, Timothy Strobel, Yoshio Kono, Jinfu Shu, Ho-kwang "Dave" Mao, Yingwei Fei, och Guoyin Shen – forskare trycksatte och värmde upp en strukturellt oordnad form av kol som kallas glasartat kol. Det glasartade kolutgångsmaterialet bringades till cirka 250, 000 gånger normalt atmosfärstryck och uppvärmd till ungefär 1, 800 grader Fahrenheit för att skapa det nya starka och elastiska kolet. Deras resultat publiceras av Vetenskapens framsteg .

Forskare hade tidigare försökt utsätta glasartat kol för höga tryck vid både rumstemperatur (kallad kall kompression) och extremt höga temperaturer. Men det så kallade kallsyntetiserade materialet kunde inte behålla sin struktur när det återgick till omgivningstrycket, och under extremt varma förhållanden, nanokristallina diamanter bildades.

Det nyskapade kolet består av både grafitliknande och diamantliknande bindningsmotiv, vilket ger upphov till den unika kombinationen av egenskaper. Under högtryckssyntesförhållanden, oordnade lager i det glasartade kolspännet, sammanfoga, och anslut på olika sätt. Denna process skapar en övergripande struktur som saknar en rymdordning på lång räckvidd, men har en kortdistans rumslig organisation på nanometerskalan.

"Lätta material med hög hållfasthet och robust elasticitet som detta är mycket önskvärda för applikationer där viktbesparingar är av yttersta vikt, ännu mer än materialkostnaden, " förklarade Zhisheng Zhao, en före detta Carnegie-stipendiat, som nu är professor vid Yanshan University. "Vad mer, vi tror att denna syntesmetod skulle kunna finslipas för att skapa andra extraordinära former av kol och helt andra klasser av material."