(Credit: Timothy Strobel)

A joint US-China research team has discovered a new form of carbon that is ultra strong, yet elastic like rubber.   

Developed by engineers at Washington DC’s Carnegie Institute for Science and China’s Yanshan University, the material is also lightweight and electrically conductive. The researchers claim it could have a wide array of applications, ranging from aerospace engineering to military armor.
To create it, the team pressurized and heated a structurally disordered form of carbon called glassy carbon. This starting material was brought to about 250,000 times normal atmospheric pressure and heated to around 1,000 degrees Celsius. Under the high-pressure synthesis conditions, disordered layers within the glassy carbon buckle, merge, and connect in various ways, resulting in a form of carbon that exhibits traits of both diamond and graphite, two of carbon’s allotropes. The findings are published in the journal Science Advances.   
“Light materials with high strength and robust elasticity like this are very desirable for applications where weight savings are of the utmost importance, even more than material cost,” explained Zhisheng Zhao a former Carnegie Fellow, who is now a Yanshan University professor.
“What’s more, we believe that this synthesis method could be honed to create other extraordinary forms of carbon and entirely different classes of materials.”
According to the team, the new material has a compressive strength more than two times that of commonly used ceramics, while simultaneously exhibiting robust elastic recovery in response to local deformations. Scientists had previously subjected glassy carbon to high pressures at both room temperature (known as cold compression) and extremely high temperatures, but the former could not maintain its structure when brought back to ambient pressure, while the latter resulted in the formation of nanocrystalline diamonds. Using a relatively more moderate temperature for their synthesis method, the team was able to create a stable material with a host of desirable attributes. 

ITALIANO

Un gruppo di ricerca congiunto statunitense e cinese ha scoperto una nuova forma di carbonio ultra-forte ma elastica come la gomma.
Sviluppato dagli ingegneri dell'Istituto Carnegie di Scienza di Washington DC e dell'Università Yanshan di Cina, il materiale è anche leggero ed elettricamente conduttivo. I ricercatori affermano che potrebbe avere una vasta gamma di applicazioni, che vanno dall'ingegneria aerospaziale all'armatura militare.
Per crearlo, la squadra ha pressurizzato e riscaldato una forma strutturalmente disordinata di carbonio chiamata carbonio vetroso. Questo materiale di partenza è stato portato a circa 250.000 volte la pressione atmosferica normale e riscaldato a circa 1.000 gradi Celsius. Sotto le condizioni di sintesi ad alta pressione, gli strati disordinati all'interno della fibra di carbonio vetroso, si fondono e si collegano in vari modi, provocando una forma di carbonio che presenta tratti di diamanti e grafite, due degli allotropi del carbonio. I risultati sono pubblicati nella rivista Science Advances.
"Materiali leggeri ad alta resistenza e robusta elasticità come questo sono molto auspicabili per applicazioni in cui il risparmio di peso è di fondamentale importanza, anzi più che i costi dei materiali", ha spiegato Zhisheng Zhao un ex Carnegie Fellow, che ora è un professore di Yanshan University.
"Inoltre, crediamo che questo metodo di sintesi possa essere utilizzato per creare altre forme straordinarie di carbonio e classi di materiali completamente diversi".
Secondo il gruppo, il nuovo materiale ha una forza di compressione più di due volte quella delle ceramiche comunemente usate, mentre contemporaneamente esibisce una robusta ripresa elastica in risposta alle deformazioni locali. Gli scienziati avevano precedentemente sottoposto il carbonio vetroso ad alte pressioni sia a temperatura ambiente (conosciuta come compressione a freddo) che a temperature estremamente elevate, ma il primo trattamento non ha potuto mantenere la sua struttura quando riportato alla pressione ambiente, mentre quest'ultima ha provocato la formazione di diamanti nanocristallini. Utilizzando una temperatura relativamente più moderata per il loro metodo di sintesi, il gruppo è stato in grado di creare un materiale stabile con una serie di attributi desiderabili.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/new-form-of-carbon-is-tough-and-elastic/?cmpid=tenews_3531979