Le diamant 2.0: plus rigide, plus léger

Les diamants sont peut-être éternels, mais un nouveau matériau, également composé de carbone, pourrait bien leur porter ombrage.

En effet, des chercheurs proposent une nouvelle façon de «placer» les atomes de carbone pour en faire une substance aussi dure, mais plus rigide et plus légère.

Le carbone a la capacité de produire différents types de cristaux dont les propriétés dépendront du type de liaison entre les atomes. Par exemple, un diamant se forme lorsque chaque atome de carbone se lie à quatre autres, créant une structure en trois dimensions semblable à un tétraèdre.

Dans le cas du graphite, chaque atome se lie à trois autres, générant ainsi un empilement de feuilles, elles-mêmes composées d’anneaux hexagonaux.

Le «pentadiamant»

Des scientifiques de l’Université de Tsukuba au Japon ont voulu savoir quel genre de matériau ils obtiendraient si l’arrangement des atomes était plus complexe, c’est-à-dire en combinant autant des atomes formant quatre liaisons que d’autres formant trois liaisons.

Une simulation par ordinateur leur a permis de déterminer la configuration atomique la plus stable. Le New Scientist rapporte que les chercheurs ont baptisé leur découverte «pentadiamant», puisque ce nouveau matériau est composé d’anneaux ayant la forme d’un pentagone.

Le pentadiamant serait en théorie plus rigide qu’un diamant, pourrait résister à des pressions aussi élevées sans être comprimé et tolèrerait des températures de près de 4000 °C.

Il conduirait aussi l’électricité et pourrait générer de la lumière bleue et verte.

Si l’on parvient à le produire à un coût raisonnable, ces propriétés le rendraient utile dans le domaine de l’optoélectronique.

Il pourrait aussi remplacer le diamant dans certains travaux de forage et dans certains dispositifs de recherche recréant la pression extrême existant à l’intérieur des planètes.

Nouvelles formes de carbone

Bien que le diamant et le graphite soient les formes les plus connues de carbone, les scientifiques tentent depuis longtemps d’en découvrir de nouvelles avec des particularités qui leur soient uniques.

C’est ainsi qu’en 1985, des chercheurs avaient identifié une troisième forme de cristal de carbone, les fullerènes, ce qui leur a valu le prix Nobel.

Les fullerènes sont des molécules semblables au graphite. La présence occasionnelle d’anneaux pentagonaux empêche toutefois les feuilles de demeurer planes. Elles peuvent ainsi prendre la forme d’un ballon de soccer ou d’un petit cylindre.

Ces nanoparticules sont maintenant utilisées dans le domaine pharmaceutique, en électronique, et pour la production de cosmétiques.

Matériau miracle

Près de 20 ans plus tard, en 2004, le graphène était identifié. Cette molécule est constituée d’une seule couche de carbone organisée en hexagone, comme le graphite. Qualifié de matériau miracle, le graphène est flexible, conducteur, résistant et transparent.

Enfin, en 2009, des scientifiques ont développé deux nouvelles formes de carbone: le U-carbone qui aurait notamment des propriétés magnétiques et le cyclocarbone, un anneau composé de 18 atomes de carbone.

L’idée des chercheurs japonais de combiner différentes configurations d’atomes de carbone ouvre maintenant la porte à la découverte de plusieurs nouvelles molécules: le nombre de combinaisons possibles est immense et permet d’imaginer de nouveaux matériaux, ou le perfectionnement de matériaux déjà connus, dans les années à venir.