Nieuwe vorm van koolstof is nog harder dan diamant

In potloden zit zacht grafiet (Foto AFP) Jupiterimages

Het zit tussen diamant en grafiet in, wordt onder extreme druk, maar bij lage temperatuur uit grafiet gevormd, en is daarna tenminste zo hard als diamant. Voorlopig bestaat deze nieuwe vorm van koolstof alleen nog in de computers van een groep Chinese materiaalkundigen, maar zij hebben aanwijzingen dat het waarschijnlijk al waargenomen is een experiment in de Verenigde Staten in 2003, waarbij grafiet tussen twee diamanten onder hoge druk werd samengeperst. Quan Li en zijn collega's van de Jilin universiteit in Changchun menen nu te weten wat er zich toen tussen die twee diamanten moet hebben afgespeeld.

Elk koolstofatoom in diamant is verbonden met vier andere buren in een kristallijn netwerk. In grafiet daarentegen heeft elk koolstofatoom slechts drie buren, die bovendien in hetzelfde vlak liggen. Door deze gelaagde structuur is grafiet, in tegenstelling tot diamant, erg zacht, en geleidt het bovendien een elektrische stroom, iets wat met diamant onmogelijk is. In 2003 stelden Wendy Mao en haar collega's van de universiteit van Chicago een stukje grafiet bloot aan een extreem hoge druk van 130,000 atmosfeer. Tegelijk probeerden zij met behulp van röntgenstralen de structuur van het zo ontstane materiaal te bepalen. Ze zagen dat er koolstofatomen uit de grafietlagen gedrukt werden, waardoor het grafiet op diamant begon te lijken, maar duidelijk waren de röntgenplaatjes niet (Science, 17 oktober 2003). Wat voor materiaal er ook was gevormd, het had uitzonderlijke eigenschappen: het was doorzichtig en hard genoeg om de diamanten in de pers te breken.

Li en zijn collega's hebben de vorming van dit materiaal in de computer gesimuleerd en er bovendien enige eigenschappen van te bepaald. Het bleek inderdaad superhard te zijn. Aan de hand van berekeningen konden zij verder laten zien hoe dit M-koolstof gevormd wordt. Het lijkt erop alsof de grafietlaagjes verkreukeld raken waardoor de koolstofatomen in verschillende laagjes gedwongen worden om onderling verbindingen aan te gaan. Het streven is nu deze nieuwe structuur te maken en dan te stabiliseren bij meer alledaagse drukken. Dan pas kan er serieus over toepassingen worden nagedacht. Rob van den Berg

    • Rob van den Berg