Många ämnen med olika kemiska och fysikaliska egenskaper, från diamanter till grafit, är uppbyggda av kolatomer. Amorfa former av fast kol har inte en fast kristallstruktur och består av strukturella enheter - grafenpartiklar i nanostorlek. Ett team av fysiker från RUDN University studerade strukturen av amorft kol och föreslog att det skulle klassificeras som en separat typ av amorfa fasta kroppar:en molekylär amorf med påtvingad fragmentering. Resultaten av studien publicerades i Fullerener, Nanorör och kolnanostrukturer tidning.

Fast kol har många allotropa modifieringar. Det innebär att ämnen med olika kemiska och fysikaliska egenskaper kan byggas av en och samma atom ordnade i olika strukturer. Mångfalden av kolallotroper beror på de speciella egenskaperna hos dess atomer, nämligen deras unika förmåga att bilda singel, dubbel, och trippelvalensbindningar. Om, på grund av vissa reaktionsförhållanden, endast enkelbindningar bildas (d.v.s. de så kallade sp ³ -hybridisering äger rum), fast kol har formen av ett tredimensionellt rutnät av tetraedrar, dvs en diamant. Om förhållandena är gynnsamma för bildandet av dubbelbindningar (sp ² -hybridisering), fast kol har formen av grafit - en struktur av platta lager gjorda av kamliknande sexkantiga celler. Individuella lager av denna solida kropp kallas grafen. Dessa två typer av fasta kolstrukturer observeras både i ordnade kristaller och icke-ordnade amorfa kroppar. Fast kol är vitt spritt i naturen både som kristallint berg (grafit eller diamant) avlagringar och i amorf form (brunt och svart kol, shungite, antraxolit, och andra mineraler).

Till skillnad från sin kristallina form, naturligt amorft kol tillhör sp ² typ. En större studie av strukturen och grundämnessammansättningen hos sp ² amorft kol genomfördes på initiativ och med deltagande av ett team av fysiker från RUDN University. Under studiens gång, laget tog också spektralmätningar med fotoelektronisk spektroskopi, oelastisk neutronspridning, infraröd absorption, och Raman-spridning. Baserat på resultaten av studien, laget kom fram till att sp ² amorft kol är en fraktal struktur baserad på nanostora grafendomäner som är omgivna av atomer av andra grundämnen (väte, syre, kväve, svavel, och så vidare). Med denna hypotes, teamet skrev nästan om historien om amorft kol som har varit känd för mänskligheten sedan den första människan skapade elden.

"Upptäckten och den experimentella bekräftelsen av det "svarta guldets" grafennatur kommer att helt förändra teorin, modellering, och tolkning av experiment med denna klass av ämnen. Dock, några frågor förblir obesvarade. Vad gör fasta tillståndets fysik av detta amorfa tillstånd av fast kol? Vilken roll spelar amorft kol med sp ² -hybridisering spelar i den större bilden? Vi försökte hitta våra egna svar, " sa Elena Sheka, en Ph.D. i fysik och matematik, och en konsulterande professor vid fakulteten för fysik och matematik och naturvetenskap, RUDN universitet.

Teamet tillbringade två år med att noggrant studera naturen hos amorft kol. Andra resultat av detta ambitiösa projekt publicerades i Fullerener, Nanorör och kolnanostrukturer , Journal of Physical Chemistry C , och Journal of Non-Crystalline Solids, Nanomaterial . Tillsammans, dessa verk bekräftar ett genombrott som uppnåtts av fysikerna vid RUDN-universitetet inom detta komplexa fysikområde.

"Vi har analyserat många studier på amorfa sp ² kol ur vår allmänna förståelse av amorfa fasta kroppar. Baserat på vår forskning, vi kan bekräfta att det tillhör en ny typ av amorfa ämnen, " tillade Elena Sheka från RUDN University.