Pentadiamant: un nouveau type de diamant encore plus résistant

Publié par Adrien le 08/08/2020 à 09:00
Source: ASP
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 (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) a la capacité de produire différents types de cristaux dont les propriétés dépendront du type de liaison entre les atomes. Par exemple, un diamant (Le diamant est un minéral composé de carbone (tout comme le graphite et la lonsdaléite), dont il représente l'allotrope de haute pression, qui cristallise dans le système...) se forme lorsque chaque atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est...) de carbone se lie à quatre autres, créant une structure en trois dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si...) semblable à un tétraèdre (Le tétraèdre (du grec tétra : quatre), est un solide composé de quatre triangles, de la famille des pyramides, donc des cônes.). Dans le cas du graphite, chaque atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner...) se lie à trois autres, générant ainsi un empilement de feuilles, elles-mêmes composées d'anneaux hexagonaux.

Des scientifiques de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études...) de Tsukuba au Japon ont voulu savoir quel genre de matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de...) ils obtiendraient si l'arrangement (La notion d'arrangement est utilisée en probabilités, et notamment pour les dénombrements en analyse combinatoire.) des atomes était plus complexe, c'est-à-dire en combinant autant des atomes formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur perçue est haute et inversement. Chaque...) quatre liaisons que d'autres formant trois liaisons. Une simulation par ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant d'exécuter des programmes enregistrés. C'est un ensemble de circuits électroniques permettant de...) 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 (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée...) 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 (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie....) et pourrait générer de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La...) bleue et verte. Si 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 (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également le cadre...) recréant la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) extrême existant à l'intérieur des planètes.

La chasse aux 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 (Cristal est un terme usuel pour désigner un solide aux formes régulières, bien que cet usage diffère quelque peu de la définition scientifique de ce...) 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 (Un cylindre est une surface dans l'espace définie par une droite (d), appelée génératrice, passant par un point variable décrivant une...). Ces nanoparticules sont maintenant utilisées dans le domaine pharmaceutique, en électronique, et pour la production de cosmétiques.

Près de 20 ans plus tard, en 2004, le graphène (Cet article ne doit pas être confondu avec l’article graphème.) était identifié. Cette molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de matière possédant les...) est constituée d'une seule couche de carbone organisée en hexagone (Un hexagone (du grec hexi = six et gonia = angle) est un polygone à six sommets et six côtés. Les angles internes d'un hexagone régulier sont tous de 120° et ses côtés sont de même mesure....), 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 (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de combinaisons possibles est immense et permet d'imaginer de nouveaux matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.), ou le perfectionnement de matériaux déjà connus, dans les années à venir.
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