类钻石链接结构的碳具有超强的拉伸弹性

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 可视化超强,坚硬和弹性的压缩玻璃碳


碳具有许多特性,但是一个通常与之无关的词是“弹性”。卡内基科学研究所和燕山大学的科学家团队开发出一种新形式的碳,该碳具有弹性以及超强,轻便和导电的特性,可将其应用于多种应用,从航空工程到军事装甲。


碳的流行观点是它有两种形式。它是像煤一样的不透明黑色物质,或者是像钻石一样坚硬而明亮的水晶。但是,对化学家而言,它是可以形成令人难以置信的各种物质的元素,包括用于铅笔和润滑剂的石墨分子的光滑平板,用于珠宝或钻头的钻石的难以置信的晶体基质,或外来分子,包括形成一个开放球体的60个碳原子的Buckminsterfullerene或石墨烯片,其强度是最强钢的200倍。

新的弹性碳是由石墨烯层和弯曲的分子表面组成的,这些表面通过与钻石中相同的牢固连接而连接在一起。这使得新物质既具有弹性又具有明显的强度和轻度。它是由另一种奇特的碳纤维(称为“玻璃状”或“玻璃质”碳)制成的。也就是说,碳不是真正的固体,而是像玻璃一样的过冷液体。和玻璃一样,它没有晶体结构。

可视化显示在曲面或石墨烯层之间(黑球)形成的不同类型的类钻石链接(红色球)

可视化显示在曲面或石墨烯层之间(黑球)形成的不同类型的类钻石链接(红色球)

在他们的实验中,研究小组对玻璃碳进行了250,000个大气压的压力和1,800°F(982°C)的温度测试。先前对玻璃碳加压的尝试设法改变了其结构,但在恢复常压后又恢复为原始结构。通过结合压力和热量,当玻璃状碳弯曲,融合并连接成纳米级的短结构时,形成了类似石墨和类似金刚石的键。

燕山大学教授赵志胜说:“像这样的轻质材料具有很高的强度和鲁棒性,对于减轻重量至关重要,甚至比材料成本更为重要的应用中,也非常需要这种材料。” “而且,我们相信可以对这种合成方法进行改进,以创造出其他非常规形式的碳和完全不同种类的材料。”

该研究发表在《科学进展》上

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