(PhysOrg.com) -- Kol finns i många olika former, och nu har forskare förutspått en annan ny form, eller allotrop, av kol. Den nya formen av kol, som de kallar T-kol, har mycket spännande fysikaliska egenskaper som tyder på att den kan ha en mängd olika tillämpningar.

Forskarna, Xian-Lei Sheng, Qing-Bo Yan, Fei Ye, Qing-Rong Zheng, och Gang Su, från Graduate University of Chinese Academy of Sciences i Peking, Kina, har publicerat sin studie om de första principernas beräkningar av T-kol i ett färskt nummer av Fysiska granskningsbrev .

Allotroper bildas när atomerna i ett ämne som bara innehåller en typ av atom är ordnade på olika sätt. Även om många ämnen har flera allotroper, kol har det största antalet kända allotroper. De tre mest kända kolallotroperna är amorft kol (som kol och sot), grafit, och diamant. Sedan 1980-talet, forskare har syntetiserat nyare allotroper, inklusive kolnanorör, grafen, och fullerener, som alla har haft en betydande vetenskaplig och teknisk inverkan.

Med nyare framsteg inom syntetiska verktyg, forskare har undersökt en mängd olika nya – och ibland svårfångade – kolallotroper. Mot bakgrund av dessa undersökningar, Sheng, et al., skriver i sin studie att det verkar som att vi kan gå in i kolallotropernas era.

Här, forskarna förklarade hur man får en ny kolallotrop genom att ersätta varje kolatom i diamant med en koltetraeder (därav namnet "T-kol"). De inspirerades av ersättningen av varje kolatom i metan med en koltetraeder, som bildar tetrahedran.

"[Vår studie] lägger till en möjlig ny allotrop av kol med fantastiska egenskaper, ” berättade Su PhysOrg.com . "T-kol har bindningsvinklar som skiljer sig från grafit och diamant, men den intressanta strukturen är fortfarande ganska stabil och har samma gruppsymmetri som diamant, och därigenom vidgar människors vision och kunskap om kolbindning.”

Varje enhetscell av T-kolstrukturen innehåller två tetraedrar med åtta kolatomer. Som forskarnas beräkningar visade, T-kol är termodynamiskt stabilt vid omgivningstryck och är en halvledare. T-kol är en tredjedel mjukare än diamant, vilket är det hårdaste kända naturmaterialet. Den nya kolallotropen har också en mycket lägre densitet än diamant, gör den "fluffig".

Forskarna beräknade också att T-kol har stora mellanrum mellan atomer jämfört med andra former av kol, vilket skulle kunna göra det potentiellt användbart för vätelagring. Dessutom, de unika fysikaliska egenskaperna hos denna nya kolallotrop gör den till ett lovande material för fotokatalys, adsorption, och flygtillämpningar.

"Vi tror att om det erhålls, T-kol är så fluffigt att det kan användas för att lagra väte, litium, och andra små molekyler för energiändamål, sa Su. "Det kan användas som fotokatalys för vattenuppdelning för att generera väte, eller som ett adsorptionsmaterial för miljöskydd. Eftersom den har mycket låg densitet men en hög modul och hårdhet, det är ganska lämpligt för flyg- och rymdmaterial, sportmaterial som ett tennisracket, golfklubb, etc., och cruiserskinn, och så vidare."

Forskarna noterade också att T-kol kan ha astronomiska konsekvenser som en potentiell komponent av interstellärt stoft och kol exoplaneter.

"Det finns ett långvarigt pussel inom astronomi som kallas "kolkrisen" i interstellärt damm, sa Su. "Observationer av Hubble-teleskopet avslöjade att kolbudgeten i damm är djupt i rött, och det finns inte tillräckligt med kol i damm för att förklara ljusförvrängningarna."

Dessutom, exoplaneten WASP-12b har nyligen visat sig ha en stor mängd kol, vilket gör den till den första kolrika exoplaneten som någonsin upptäckts. Eftersom strukturen av kolet i WASP-12b fortfarande är oklar, T-kol kan också vara en av möjliga kandidater för denna kolplanet.

För att undersöka T-kol ytterligare, forskarna skulle vilja syntetisera den nya allotropen i labbet, även om de säger att detta förmodligen skulle bli mycket svårt.

"En syntes av T-kol i labbet utgör en stor utmaning för materialvetare och kemister, sa Su. "Vi föreslår följande sätt:att använda CVD-tekniken under en miljö med negativt tryck; detonation på diamant eller grafit; kristallisation av amorft tetragonalt kol; eller sträckande kubisk diamant under extremt stor styrka."

Copyright 2010 PhysOrg.com.
Alla rättigheter förbehållna. Detta material får inte publiceras, utsända, omskrivs eller omdistribueras helt eller delvis utan uttryckligt skriftligt tillstånd från PhysOrg.com.