Il est à la fois fluorescent, magnétique, et
plus dur que le diamant. Le Q-Carbon, ou carbone trempé, a été
obtenu fortuitement par deux scientifiques en matériaux de
l'Université de Caroline du Nord.
Le carbone existe dans plusieurs structures. À température et
pression ambiante, les atomes s’associent dans une structure 2D en
nid d’abeille appelée graphène qui s’empile pour former le graphite.
Le graphite est ce qu’on utilise pour la pointe de nos crayons. Si
vous augmentez la chaleur et la pression, le carbone devient liquide
ou vaporeux. Mais écrasez le carbone à haute pression et les atomes
commencent à rebondir en boucle pour former une structure
tétraédrique en 3D qui est propre aux diamants. Les scientifiques
ont déjà créé d’autres structures de carbone incluant les nanotubes
(des versions enroulées des feuilles de structure en nid d’abeille)
ainsi que des Buckyballes qui sont des structures en forme de ballon
de foot qui contient des atomes de carbone 60.
Quand le carbone forme de nouvelles structures, de nouvelles
propriétés très intéressantes apparaissent. Les diamants et les
nanotubes de carbone sont d’une solidité phénoménale, tandis que le
graphène conduit l’électricité. Quant au Q-Carbon, il possède la
propriété d'être magnétique, une caractéristique qui n'est partagée
par aucun autre type de carbone.
Narayan et Bhaumik, les deux charcheurs de l’université de Caroline
du Nord, ont créé le Q-Carbon en utilisant une technique de
chauffage par laser. En premier lieu, ils ont projeté des granulés
de carbone avec un laser à haute énergie. Cela a produit un fin
revêtement de carbone sur une feuille de saphir de la dimension d’un
timbre. Ils ont chauffé le revêtement jusqu'à une température de
3800 kelvins, soit les deux tiers de celle que l'on trouve à la
surface du Soleil.
Après ce processus, le carbone s’est rapidement refroidi, ses
tétraèdres se mélangeant en un tas amorphe au lieu de s'assembler en
mailles parfaitement ordonnées. Un état que les scientifiques
qualifient dans leur jargon de "Quenched" (étanche), ce qui a donné
le nom de Q-Carbon. "C'est comme si quelqu'un avait fracassé la
structure du diamant, mais que les briques élémentaires le composat
étaient restées intactes", décrit Narayan.
À partir de ces briques élémentaires, l’équipe a pu développer des
points, des films et des aiguilles en fournissant des graines pour
la croissance du cristal. C’est important parce que cela signifie
qu’on peut convertir du Q-Carbon en diamant à température et
pression ambiantes selon Amit Goyal, scientifique en matériaux à
l’université de New York. Actuellement, la fabrication industrielle
de diamant est lente, chère et nécessite une très grande chaleur et
pression.
La découverte d'une nouvelle méthode de fabrication de diamant
synthétique, d'une dureté encore supérieure à celle du diamant
naturel et à un prix moindre, si elle se révèle exploitable à grande
échelle, ouvre de nouvelles perspectives à l'industrie utilisant de
tels types de matériaux.
Jean Etienne
Sources principales :
Direct conversion of amorphous carbon into diamond at ambient
pressures and temperatures in air (AIP Scitation,
doi.org/10.1063/1.4932622).
Novel phase of carbon, ferromagnetism, and conversion into diamond
(publication pdf) (Journal of Applied Physics, vol. 118, 7 décembre
2015, p. 215303 (ISSN 0021-8979 et 1089-7550, DOI : 10.1063 /
1.4936595).
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