Wetenschappers identificeren 43 nieuwe superharde koolstofvormen

Dat meldt EurekAlert! Onderzoekers hebben 43 voorheen onbekende vormen van koolstof geidentificeerd, die stabiel en superhard zouden moeten zijn. Sommige varianten zouden zelfs net zo hard zijn als diamant. Iedere nieuwe koolstofvariant bestaat uit koolstofarmen die in een wisselend patroon in een kristalrooster zijn gerangschikt. Het onderzoek was theoretisch, de wetenschappers hebben de nieuwe koolstofstructuren wel voorspeld, maar nog niet gecreëerd.

Kostentechnisch

Eva Zurek, hoogleraar scheikunde aan het UB College of Arts and Sciences, bedacht de studie en leidde het project samen met Stafano Curtarolo, hoogleraar werktuigkunde en materiaalkunde aan Duke University. ‘Diamanten zijn op dit moment het hardste materiaal dat commercieel verkrijgbaar is, maar ze zijn erg duur’, zegt  Zurek. ‘Ik heb collega’s die in het lab hogedrukexperimenten doen, die materialen tussen diamanten knijpen en klagen over hoe duur het is als de diamanten breken.’

‘We willen graag iets vinden dat harder is dan een diamant. Als je andere harde materialen zou kunnen vinden, zou je ze mogelijk goedkoper kunnen maken. Ze kunnen ook nuttige eigenschappen hebben die diamanten niet hebben. Misschien hebben ze een andere wisselwerking met bijvoorbeeld warmte of elektriciteit.

Superhard

Wetenschappers beschouwen een stof als superhard als het een hardheidswaarde heeft van meer dan veertig gigapascal zoals gemeten door middel van een experiment dat de Vickers-hardheidstest wordt genoemd.

Alle 43 nieuwe koolstofstructuren van de studie zullen naar verwachting aan die drempel voldoen. Van drie wordt verwacht dat zij de Vickers-hardheid van diamanten zullen overschrijden, maar slechts in geringe mate. Zurek waarschuwt ook dat er enige onzekerheid in de berekeningen zit.

De hardste structuren die de wetenschappers vonden, bevatten vaak fragmenten van diamant en lonsdaleiet – ook wel zeshoekige diamant genoemd – in hun kristalroosters. Naast de 43 nieuwe vormen van koolstof, voorspelt het onderzoek ook dat een aantal koolstofstructuren die andere teams in het verleden beschreven hebben, superhard zullen zijn.

De studie is online te lezen in het tijdschrift npj Computational Materials.