Ett internationellt team av forskare, ledd av den framstående professor Rodney S. Ruoff (Kemiska institutionen) från Center for Multidimensional Carbon Materials (CMCM), inom Institutet för grundvetenskap (IBS) vid UNIST, har syntetiserat en film som består av tätt packade diamantliknande kolnanofibrer. Som beskrivs i en nyligen publicerad artikel i tidskriften ACS Nano , forskarna noterade att det nya kolmaterialet har en hög koncentration av tetravalent bundna kol (de diamantliknande nanofibrerna har många C-atomer med fyra andra atomer bundna till dem; detta kallas också "sp3-bundet kol").

"De diamantliknande kolnanofiberfilmerna syntetiserades genom att värma kopparnanopartiklar med några nanometer i diameter på ett substrat, i acetylen och vätgas, " säger Kee Han Lee. "De syntetiserade fibrerna var mycket täta och bildade en film. Dessa tätt packade nanofibrer kan också separeras i en pulverform som potentiellt kan bredda deras tillämpningar."

I den här studien, teamet kunde identifiera parametrar som påverkar packningstätheten för nanofibrerna, nämligen vätgaskoncentrationen och kopparnanopartikelkatalysatorstorleken. Packningsdensiteten kan ökas avsevärt genom att justera dessa parametrar, vilket ledde till bildandet av en bucklig film.

Olika tekniker som röntgenfotoelektronspektroskopi, kärnmagnetisk resonans i fast tillstånd, elementaranalys, och Raman-spektroskopi elementär sammansättning och kemisk bindningsstruktur i dessa diamantliknande nanofibrer, och man fann att sp3-bundna kolatomer (sp3:sp2-kolatomförhållande på cirka 2) dominerar (sp2-bundna C-atomer är bundna till tre andra atomer snarare än fyra – som i grafen och grafit – medan i diamant, alla C-atomer är "sp3-bundna"). Vätehalten i nanofibrerna på cirka 25–50 atomprocent bestämdes med Raman-spektroskopi och elementaranalys.

"Med sin höga sp3-kolhalt, detta material skiljer sig från andra ångodlade kolnanofibrer inklusive nanorör, som mestadels består av staplade grafenlager, och kolnanospolar som har ett kolförhållande sp3:sp2 på cirka 0,25, " förklarar Sun Hwa Lee.

Den elektriska resistiviteten (1,2 ± 0,1 × 10 ⁶ Ω cm—det är elektriskt isolerande), densitet (2,5 ± 0,2 g cm ^-3 ; diamantens densitet är 3,5 g cm ^-3 ), ytarea (28 ± 0,7 m2 g ^-1 ), kemisk tröghet, och vätbarhet mot olika vätskor, var bestämda. Dessa egenskaper var liknande eller "bättre" än de flesta diamantliknande kolfilmer rapporterade, men de mekaniska egenskaperna hos denna diamantliknande kolnanofiberfilm visade sig vara helt annorlunda än konventionella, kontinuerlig, diamantliknande kolfilmer, eftersom den är sammansatt av nanofibrer.

"Vi upptäckte en ny form av kol, och man kan förvänta sig att vårt arbete ska inspirera andra att nu också studera vidare längs denna forskningsväg, ", sa erkände professor Ruoff. "Vi gör grundläggande vetenskap om nya kolmaterial bland annat, och vi är intresserade av att så småningom uppnå rena diamantfibrer, tillsammans med ytterligare studier av denna typ av diamantliknande kolnanofiber."