Forskare har hittat ett sätt att göra kol både väldigt hårt och väldigt stretchigt genom att värma det under högt tryck. Detta "komprimerade glasartade kol", utvecklat av forskare i Kina och USA, är också lätt och kan potentiellt tillverkas i mycket stora kvantiteter. Detta betyder att den kan passa bra för flera olika applikationer, från skottsäkra västar till nya typer av elektroniska apparater.

Kol är ett speciellt grundämne på grund av hur dess atomer kan bilda olika typer av bindningar med varandra och så bilda olika strukturer. Till exempel, kolatomer helt förenade med "sp³"-bindningar producerar diamant, och de som helt förenas med "sp²"-bindningar producerar grafit, som också kan separeras i enkla lager av atomer som kallas grafen. En annan form av kol, känd som glasartat kol, är också gjord av sp² och har egenskaper av både grafit och keramik.

Men det nya komprimerade glasartade kolet har en blandning av sp³- och sp²-bindningar, vilket är det som ger den dess ovanliga egenskaper. För att göra atombindningar behöver du lite extra energi. När forskarna klämde ihop flera ark grafen vid höga temperaturer, de fann att vissa kolatomer var exakt i rätt position för att bilda sp³-bindningar mellan lagren.

Genom att studera det nya materialet i detalj, de fann att drygt en av fem av alla dess obligationer var sp³. Detta betyder att de flesta av atomerna fortfarande är ordnade i en grafenliknande struktur, men de nya bindningarna får det att se mer ut som en stor, sammankopplade nätverk och ge det större styrka. Över den lilla skalan av individuella grafenark, atomerna är ordnade, sexkantigt mönster. Men i större skala, lakanen är ordnade på ett oordnat sätt. Det är förmodligen det som ger den de kombinerade egenskaperna hårdhet och flexibilitet.

Forskarna tillverkade det komprimerade glasartade kolet med en relativt enkel metod som enkelt och billigt kunde reproduceras i stor skala. I enkla termer, de använde en sorts maskinpress som applicerar högtrycksbelastningar på kolet. Men detta måste ha inneburit flera knep för att styra tryck och temperatur på exakt rätt sätt. Detta skulle ha varit en tidskrävande process men borde fortfarande vara möjligt för andra människor att replikera resultaten.

Nya överraskningar

Kolmaterial överraskar oss ständigt – och forskningens tyngdpunkt har varit att hitta eller tillaga saker mellan dess naturliga former av diamant och grafit. Denna nya form är den senaste av vad som verkar vara obegränsade sätt att binda kolatomer, efter upptäckten av grafen, cylindriska kolnanorör och sfäriska buckminsterfullerenmolekyler.

Ett sådant här material – det är starkt, hård, lätt och flexibel – kommer att vara mycket efterfrågad och kan användas för alla möjliga applikationer. Till exempel, militär användning kan innebära sköldar för jetplan och helikoptrar. Inom elektronik, lättvikt, billigt tillverkade material med liknande egenskaper som kisel som också kan ha nya förmågor skulle kunna ge ett sätt att övervinna begränsningarna hos befintliga mikrochips.

Drömmen är att hitta ett kolmaterial som kan ersätta kisel helt och hållet. Vad som behövs är något som gör att elektroner snabbt kan röra sig genom det och vars elektroner lätt kan placeras i ett exciterat tillstånd för att representera på och av funktionerna hos en transistor. Forskarna bakom glasartat kol har inte studerat dessa egenskaper i det nya materialet så vi vet ännu inte hur lämpligt det kan vara. Men det kanske inte tar så lång tid tills ett annat kol hittas. Än så länge, decennier av jakt har inte gett det vi behöver, men vi kanske bara måste leta djupt ner för att hitta den.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.