Duro come il diamante, plastico come la gomma

 

Il carbonio vitreo (o carbonio vetroso) è un carbone non grafitico che combina le proprietà del vetro e della ceramica con quelle della grafite.

Le proprietà più importanti sono la resistenza ad alte temperature, elevata resistenza a termoshock, elevata durezza (valore 7 nella scala di Mohs), elevata rigidità, elevata resistenza ad agenti chimici, estrema resistenza alla corrosione, impermeabilità a gas e liquidi, bassa densità, bassa espansione termica, buona conduttività elettrica, biocompatibilità.

Esiste un materiale che è destinato a diventare importantissimo nel futuro da un punto di vista dell’utilizzo nello spazio, si tratta della “gomma spaziale.

Infatti, è stato scoperto che il carbonio a 1000 gradi di temperatura, si trasforma in un materiale che al tempo stesso forte, leggero ma anche conduttivo da un punto di vista elettrico ed elastico, proprio come la gomma. Questa struttura del carbonio dà delle possibilità di utilizzo di materiali totalmente innovativi. Infatti, il materiale è molto ricercato e allo stesso tempo interessante da un punto di vista fisico, biologico e scientifico. Il carbonio è un elemento che ha diverse sfaccettature e cercare di indagarne tutte le caratteristiche è davvero interessante. È un materiale molto duro e diventa grafene quando esfoliato. Ha delle temperature altissime, riesce a diventare resistente e leggero allo stesso tempo ed è per questo che viene visto sempre di più come materiale con cui costruire le astronavi in futuro. Dallo studio è emerso, come pubblicato su Science Advances, come questo materiale sia molto elastico oltre che resistente ed è per questo che non si può non pensare a una sua applicazione nel settore aereonautico e dello spazio.

 

Le astronavi del futuro potrebbero essere prodotte in carbonio vetroso compresso.

 

Il carbonio e gli usi nello spazio

Non è la prima volta che il carbonio viene studiato per fare in modo che si trovi la combinazione giusta nel suo utilizzo ad alte temperature. La cosiddetta gomma del futuro, riuscirà a garantire una vera e propria rivoluzione industriale. Gli atomi di carbonio formeranno una sorta di diamante e quindi ci sarà questo materiale totalmente innovativo che permetterà di essere utilizzato per le sue caratteristiche, davvero speciali nello spazio. La nuova struttura che nasce da un’esposizione ad almeno 1000 gradi centigradi, sottoposta a una pressione molto alta, garantirà la nascita del carbonio vetroso compresso con delle applicazioni nuove. Ecco perché si è deciso di sperimentare questa gomma del futuro, soprattutto nello spazio perché sembra che l’applicazione possa essere davvero soddisfacente in questo particolare ambito. Le scoperte da fare relativamente agli utilizzi possibili del carbonio, sono numerose ed è per questo che sono sempre di più gli scienziati che si stanno occupando della lavorazione di questo materiale per diventare anche loro protagonisti della nuova rivoluzione industriale che sarà messa in campo da questo nuovo prodotto, così creato.

Duro come il diamante, plastico come la gomma

È una forma molecolare del carbonio che si ottiene a 1.000 °C e 250.000 atmosfere: ha inattese proprietà uniche e straordinarie.

Il carbonio, portato a circa 1.000 °C, cambia struttura: si trasforma in un materiale ultra-forte, ultra-leggero, elastico come la gomma ed elettricamente conduttivo.

Questa nuova struttura del carbonio offre non solo straordinarie proprietà, del tutto inattese, ma apre la strada a un nuovo campo di ricerca che potrebbe portare alla scoperta di classi di materiali mai osservati finora.

SIAMO ALL’INIZIO. Il carbonio è già noto per essere un elemento dai “mille volti”: quando gli atomi si aggregano a determinate temperature e pressioni danno origine alla grafite; a temperature e pressioni superiori diventano diamante, il materiale naturale più duro; in alcune condizioni, quando viene “esfoliato” diventa grafene, un materiale monodimensionale – uno strato dello spessore di un atomo – le cui applicazioni sono alla base di una rivoluzione industriale.

 

Il grafene è una sfoglia dello spessore di un atomo.

 

Se lo si sottopone a temperature di 1.000 °C e a 250.000 volte la pressione atmosferica si ottiene un materiale che potrebbe essere utilizzato per le astronavi del futuro, tanto è resistente e leggero.

 

Zhisheng Zhao, della Yanshan University (Cina), coautore dello studio pubblicato in questi giorni su Science Advances, non nasconde l’entusiasmo: «È da tempo che cerchiamo un materiale così leggero e ad alta resistenza ed elasticità, che certamente permetterà straordinarie applicazioni spaziali e chissà quali altre!»

 

Riscaldando il carbonio a 1000 °C, a pressioni 250.000 volte superiori a quella atmosferica, gli atomi si legano in parte come il grafene (in nero) e in parte come il diamante (rosso), dando origine a un materiale del tutto nuovo.

 

Non è la prima volta che si sottopone il carbonio ad alte temperature e pressioni, ma non era mai stata trovata “la giusta combinazione” dei due parametri e il risultato non era stabile o non era quello desiderato. Zhao e colleghi hanno trovato la strada che permette al carbonio di formare una gamma molto varia di forme. In tali condizioni gli atomi di carbonio si legano in parte come grafite, in parte come diamante e in parte come grafene e questo conferisce al “nuovo materiale” caratteristiche del tutto inusuali e stabili.

 

La nuova struttura si chiama compressed glassy carbon (carbonio vetroso compresso): le sue applicazioni sono ancora tutte da inventare, mentre si pensa già di sottoporre altri materiali ai medesimi trattamenti perché potrebbero portare a scoperte davvero inusitate.