Un nuevo material eléctricamente conductor con aplicaciones muy variadas

Desarrollan un nuevo carbono, duro como una roca pero elástico como el caucho

Redacción Interempresas15/06/2017

El carbono es un elemento de posibilidades aparentemente infinitas. Esto se debe a que la configuración de sus electrones permite numerosas combinaciones de unión que dan lugar a una gama de materiales con propiedades variables. Por ejemplo, los diamantes transparentes o el grafito opaco, que se utiliza tanto para lápices como para lubricantes industriales, están compuestos únicamente de carbono.

Desde ahora existe una nueva forma de carbono. Un equipo formado por varios científicos del Carnegie Instituion for Science, EE UU, ha desarrollado una forma de carbono extra duro, ligero y a la vez elástico y conductor. Un material con una combinación única de propiedades y que podría servir a una amplia variedad de aplicaciones, desde la ingeniería aeroespacial hasta el blindaje militar. En esta colaboración internacional entre la Universidad de Yanshan y Carnegie —que incluye a Zhisheng Zhao, Timothy Strobel, Yoshio Kono, Jinfu Shu, Ho-kwang ‘Dave’ Mao, Yingwei Fei y Guoyin Shen por parte del Instituto Carnegie— los científicos presurizaron y calentaron una forma estructuralmente desordenada de carbono, llamado carbono vítreo. El material de partida de carbono vítreo se llevó a aproximadamente 250.000 veces la presión atmosférica normal y se calentó a aproximadamente 1.800 grados Fahrenheit para crear el nuevo carbono extra duro y elástico.

Visualización de los diferentes tipos de eslabones diamantados (esferas rojas) formados en superficies curvas o entre las capas de grafeno (esferas negras) en este nuevo tipo de carbón vítreo comprimido. Foto: Cortesía de Timothy Strobel.

Los científicos habían tratado previamente de someter el carbón vítreo a altas presiones tanto a temperatura ambiente (compresión en frío) como a temperaturas extremadamente altas. Pero el material sintetizado en frío no podía mantener su estructura cuando se volvía a la presión ambiente y, bajo condiciones extremadamente calientes, se formaron diamantes nanocristalinos.

La nueva forma de carbono consta unas geometrías de grafito y diamante, dando lugar a una combinación única de propiedades. Foto: Cortesía de Timothy Strobel.

El carbono recién creado está compuesto de la unión de geometrías de grafito y diamante, lo que da lugar a la combinación única de propiedades. Bajo condiciones de síntesis a alta presión, las capas desordenadas dentro de la hebilla de carbono vítreo se fusionan y se conectan de varias maneras. Este proceso crea una estructura global que carece de un orden espacial de largo alcance, pero tiene una organización espacial de corto alcance a escala nanométrica. “Los materiales livianos con elasticidad fuerte y robusta como ésta son muy deseables para aplicaciones en las que el ahorro de peso es de suma importancia, incluso más que el costo de los materiales”, explica Zhisheng Zhao, ex-compañero de Carnegie, ahora profesor de la Universidad de Yanshan. “Además creemos que este método de síntesis podría perfeccionarse para crear otras formas extraordinarias de carbono y clases de materiales totalmente diferentes”.

Visualización de carbono vítreo extra duro, duro y elástico comprimido. La estructura ilustrada se superpone a una imagen de microscopio electrónico del material. Foto: Cortesía de Timothy Strobel.

Los otros miembros del equipo son: Meng Hu, Julong He, Hu Wentao, Dongli Yu, Sun Hao, Lingyu Liu, Zihe Li, Mengdong Ma, Jian Yu Huang, Liu Zhongyuan, Bo Xu, Tian Yongjun del State Key Laboratory of Metastable Materials Science and Technology; Yanbin Wang de la Universidad de Chicago; y Stephen J. Juhl de la Universidad Estatal de Penn.