Nueva forma de carbono descubierta, más dura que el diamante pero flexible como la goma

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Un equipo de científicos ha encontrado una manera de hacer que el carbono sea muy duro y muy elástico calentándolo bajo alta presión. Este “carbón vítreo comprimido”, desarrollado por investigadores de China y Estados Unidos, también es ligero y podría fabricarse en grandes cantidades. Esto significa que podría ser apropiado para varios tipos de aplicaciones, desde chalecos antibalas a nuevos tipos de dispositivos electrónicos. Los resultados han sido publicados en Science Advances.

El carbono es un elemento especial debido a la forma en que sus átomos pueden formar diferentes tipos de enlaces entre sí y formar estructuras diferentes. Por ejemplo, los átomos de carbono unidos enteramente por enlaces “sp³” producen diamantes, y los unidos enteramente por enlaces “sp²” producen grafito, que también se puede separar en capas individuales de átomos conocidas como grafeno [cuya producción de forma barata explicamos en esta historia]. Otra forma de carbono, conocida como carbono vítreo, también se fabrica a partir de sp² y tiene propiedades comunes del grafito y la cerámica.

(Imagen ampliable) Enlace, sp³. Imagen: Timothy Strobel

Pero el nuevo carbón vítreo comprimido tiene una mezcla de enlaces sp³ y sp², que es lo que le da sus propiedades inusuales. Para hacer enlaces atómicos se necesita algo de energía adicional. Los investigadores, tras comprimir varias hojas de grafeno juntas a altas temperaturas, hallaron que ciertos átomos de carbono se encontraban exactamente en la posición idónea para formar enlaces sp³ entre las capas.

Al estudiar el nuevo material en detalle, encontraron que poco más de uno de cada cinco de todos sus enlaces eran sp³. Esto significa que la mayoría de los átomos todavía estaban dispuestos en una estructura de tipo grafeno, pero los nuevos enlaces la asemejan más a una gran red interconectada y le dan mayor fuerza. Sobre la pequeña escala de las hojas individuales del grafeno, los átomos se disponen en un patrón ordenado, hexagonal. Pero a mayor escala, las hojas están dispuestas de manera desordenada. Esto es probablemente lo que le da las propiedades combinadas de dureza y flexibilidad.

Los investigadores produjeron el carbón vítreo comprimido usando un método relativamente simple que podría ser reproducido a gran escala fácilmente y a bajo coste. En términos simples, utilizaron un tipo de máquina para prensar, que aplica cargas de alta presión al carbono. Esto, no obstante, debería haber necesitado de varios trucos para controlar la presión y la temperatura con exactitud y de la manera correcta. Este proceso habría requerido mucho tiempo, pero todavía debería ser posible que otras personas replicaran los resultados.

Nuevas sorpresas

Los materiales de carbono nos sorprenden continuamente, y la investigación se ha centrado en encontrar o ‘cocinar’ cosas que estén entre sus formas naturales de diamante y grafito. Esta nueva forma es la última de lo que parecen formas ilimitadas de unir átomos de carbono, desde el descubrimiento del grafeno [o, como hablamos en esta historia, el carbino], los nanotubos de carbono cilíndricos [de los que hablamos en esta historia] y las moléculas esféricas de buckminsterfullereno.

Un material como este (fuerte, duro, ligero y flexible) estará en alta demanda y podría ser utilizado para todo tipo de aplicaciones. Por ejemplo, los usos militares podrían incluir escudos para aviones y helicópteros. En la electrónica, los materiales ligeros y baratos fabricados con propiedades similares al silicio que también podrían tener nuevas habilidades podrían proporcionar una manera de superar las limitaciones de los microchips existentes.

El sueño es encontrar un material de carbono capaz de reemplazar el silicio por completo. Lo que se necesita es algo que permita que los electrones se muevan a través de él rápidamente y cuyos electrones puedan ser fácilmente colocados en un estado excitado para representar las funciones de encendido y apagado de un transistor. Los investigadores detrás del carbono vítreo no han estudiado estas propiedades en el nuevo material por lo que todavía no sabemos lo adecuado que podría ser. Pero puede que no tardemos mucho hasta que se encuentre otra forma de carbono. Hasta ahora, tras décadas de búsqueda no hemos encontrado lo que necesitamos, pero tal vez sólo sea cuestión de buscar más hondo para encontrarlo.

Artículo original publicado por Phys. Revisado y traducido por ¡QFC!

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2017-06-27T15:44:56+00:00