Grafit amorficzny

Grafit amorficzny – stworzono nową fazę węgla

Grafit amorficzny to nowy rodzaj ciała stałego, który może zaspokoić rosnący apetyt na materiały węglowe. Do czego może się przydać?

Grafit amorficzny został stworzony przez naukowców z Uniwersytetu w Ohio pod kierownictwem fizyka prof. Davida Drabolda i inżyniera Jasona Trembly’ego. Szczegóły opisano w Physical Review Letters.

Grafit tworzy się w bardzo wysokich temperaturach (ok. 3000 kelwinów), a poszczególne warstwy spaja gaz elektronowy. W „klasycznym” graficie warstwy nie są zbudowane z idealnych sześciokątów (jak w grafenie). W przypadku grafitu amorficznego, nie mamy do czynienia jedynie z warstwami heksagonów, ale także z penta- i heptagonów. Ten „nieporządek” zmniejsza przewodnictwo elektryczne całej struktury, ale w regionach zdominowanych przez sześciokąty nadal jest ono wysokie.

W chemii proces przekształcania materiałów węglowych w warstwową strukturę grafitową w wyniku obróbki termicznej w wysokiej temperaturze nazywany jest grafityzacją. Na podstawie symulacji ab initio i dynamicznych symulacji molekularnych opartych na uczeniu maszynowym wykazaliśmy, że sieci czystego węgla mają przytłaczającą skłonność do przekształcania się w strukturę warstwową w oknie o znacznej gęstości i temperaturze, przy czym warstwowość występuje nawet dla losowych konfiguracji początkowych. Płaskie warstwy to amorficzny grafit: topologicznie nieuporządkowane trójordynacyjne atomy węgla ułożone w płaszczyznach z pięcio-, sześcio- i heptagonami węgla.Prof. David Drabold

Naukowcy uważają, że ich osiągnięcie będzie bodźcem do eksperymentów i badań nad istnieniem amorficznego grafitu, który można sprawdzić poprzez eksfoliację i/lub eksperymentalne badania strukturalne powierzchni.

Ponieważ faza ta jest topologicznie nieuporządkowana, zwykły „rejestr układania” grafitu jest zachowany jedynie statystycznie. Warstwowość jest obserwowana bez poprawek Van der Waalsa na siły funkcyjne gęstości, a my omawiamy powstawanie zdelokalizowanego gazu elektronowego w galeriach (pustki pomiędzy płaszczyznami) i pokazujemy, że spójność międzypłaszczyznowa jest częściowo spowodowana tym gazem elektronowym o niskiej gęstości. Przewodność elektronowa w płaszczyźnie jest dramatycznie zmniejszona w porównaniu z grafenem.Prof. David Drabold

Praca naukowców z Uniwersytetu w Ohio jest również zapowiedzią nowej fazy węgla.

Węgiel to cudowny pierwiastek – można z niego stworzyć życie, diament, grafit, buckminsterfulleren, nanorurki, grafen, a teraz także to. Jest w tym też wiele interesującej fizyki podstawowej – na przykład to, jak i dlaczego płaszczyzny się wiążą, samo w sobie jest dość zaskakujące z powodów technicznych.Prof. David Drabold