Twardszy niż diament, elastyczny jak guma. Odkryto nową formę węgla

Najtwardszym występującym na świecie naturalnym materiałem jest diament – w popularnej skali twardości Mohsa ta odmiana węgla ma maksymalną ocenę, czyli 10. Twardość wynika z bardzo uporządkowanej struktury krystalicznej. Atomy węgla są w nim ułożone w regularną sieć. Wiązania pomiędzy nimi sprawiają, że diament jest nie tylko bardzo twardy, ale też trudno topliwy i stanowi izolator dla prądu elektrycznego. Można go natomiast spalić, ponieważ składa się z czystego węgla. Diament jest też dość kruchy.

Diamenty powstają pod wpływem ogromnego ciśnienia, które „porządkuje” atomy węgla. Naukowcy odkryli jednak, że jeśli w trakcie tego procesu będą ogrzewać węgiel, może on utworzyć nowy, nieznany dotąd materiał. Jego nazwa to skompresowany szklisty węgiel. Wyniki badań nad tą substancją opublikowało czasopismo naukowe „Science Advances”.

Wytrzymały i elastyczny

Pod względem chemicznym skompresowany szklisty węgiel jest czymś pomiędzy diamentem a grafenem – formą węgla, która może tworzyć płaskie „płachty”. Dlatego nowy materiał jest zarówno twardy (twardszy od naturalnego diamentu!), jak i elastyczny, a przy bardzo lekki.

Z nowego węgla będzie można wytwarzać elementy opancerzenia, zwłaszcza te, które muszą mieć niewielką masę. Tak jest w przypadku helikopterów i samolotów bojowych, a także kamizelek kuloodpornych i innych elementów chroniących żołnierzy na polu walki.

Skompresowany szklisty węgiel jest też podobny do krzemu. Zależnie od zastosowanych domieszek może przewodzić prąd lub być izolatorem. Badacze przewidują, że w przyszłości węglowa elektronika może całkowicie zastąpić krzemową.

Naukowcy twierdzą, że skompresowany szklisty węgiel można produkować stosunkowo łatwo i w dużych ilościach. Możliwe więc, że ten materiał doprowadzi wkrótce do przełomu technologicznego.

Szczyt twardości

Z wyliczeń fizyków teoretyków wynika, że powinien istnieć materiał aż o 58 proc. trwalszy od diamentu. Powstałby on, gdybyśmy krystaliczną strukturę diamentu sprasowali, tak że przekształci się ona w sześciokąty – nieco podobne do tych z kryształów grafitu, czyli innej odmiany węgla.

Próbki takiego materiału nazwanego lonsdaleitem po raz pierwszy odnaleziono w 1967 r., w kraterze po upadku meteorytu w okolicach Canyon Diablo w Arizonie. Mniej więcej w tym samym okresie nauczyli się go także otrzymywać sztucznie w laboratorium – ściskając grafit w wysokiej temperaturze przy użyciu materiałów wybuchowych. Jednak nie jest on tak twardy, jak przewidywano...