شکل جدیدی از کربن با سختی بالا

محققان دریافتند که با اعمال فشار به نانولوله‌های کربنی آنها صاف شده و به‌صورت پلیمر در می‌آیند. شبیه‌سازی نشان می‌دهد که این ساختار قادر است الماس را نیز بخراشد. این فشار موجب می‌شود که کربن ساختاری جدید پیدا کند که به صورت Cco-C8 است. این ساختار بسیار شبیه پلیمریزاسیون سه بعدی کربن، یعنی فولرین است.

محققان دریافتند که با اعمال فشار به نانولوله‌های کربنی آنها صاف شده و به‌صورت
پلیمر در می‌آیند. شبیه‌سازی نشان می‌دهد که این ساختار قادر است الماس را
نیز بخراشد. این فشار موجب می‌شود که کربن ساختاری جدید پیدا کند که به‌صورت
Cco-C8 است. این ساختار بسیار شبیه پلیمریزاسیون سه بعدی کربن، یعنی فولرین
است.

این تحقیق توسط یونگ جون از دانشگاه یانشان انجام شده و نتایج آن در نشریه
Physical Review Letters به چاپ رسیده است. کربن ستاره‌ای به‌دلیل توانایی
تشکیل هیبریداسیون sp، sp2 و sp3 به اشکال مختلفی وجود دارد. این اشکال می‌توانند
خواص منحصر به‌فرد خود را دارا باشند. از این رو یافتن اشکال جدید کربنی از
موضوعات داغ علمی محسوب می‌شود. مهمترین نکته این پژوهش آن است که نانولوله‌های
کربنی مستقیما فشرده شده و به‌صورت اشکال مختلف پایدار در می‌آیند. این
راهبرد به این معناست که فازهای پایدار کربنی که دارای انرژی بالایی هستند
می‌توانند به‌صورت تجربی وجود داشته باشند.
 

در این پروژه محققان از روشی موسوم به آنالیز ساختار بلوری با استفاده از بهینه
سازی توده ذرات (‌CALYPSO) استفاده کردند. این یک روش کامپیوتری برای طراحی و پیش
بینی ساختار بلوری پایدار است که در آن با استفاده از ساختار شیمیایی یک ترکیب در
شرایط ویژه امکان تشکیل آن پیش‌بینی می‌شود.

نتایج این شبیه سازی نشان داد که ساختار Cco-C8 که یک پلیمر سه بعدی از
نانولوله‌های کربنی است می‌تواند تشکیل شود. سختی این ترکیب ۹۵٫۱ ویکرز بوده که
اندکی کمتر از الماس (۹۷٫۵) است. با این حال محققان معتقدند که این ترکیب قادر به
خراشیدن و ایجاد ترک روی الماس است.

استحکام مکانیکی یک ماده بستگی به نوع فشار روی آن دارد برای مثال قدرت کششی و برشی
الماس ۹۰ GPa است اما استحکام تراکمی آن ۲۲۳ GPa است. هرچند سختی این ترکیب جدید از
الماس کمتر است اما استحکام تراکمی آن بیشتر از قدرت کششی و برشی الماس است.
بنابراین Cco-C8 می‌تواند روی الماس ترک ایجاد کند.

سنتز Cco-C8 در آینده خیلی دشوار نخواهد بود. نتایج شبیه سازی نشان می‌دهد که این
ماده بسیار پایدار است و از بیشتر ساختارهای کربنی که توسط شبیه سازی پیش بینی شده
پایدارتر است. همچنین نتایج شبیه سازی نشان می‌دهد که که سنتز Cco-C8 به‌صورت
مستقیم از طریق فشردن نانولوله‌های کربنی انجام می‌گیرد.