Quels sont les allotropes de carbone?
Le carbone, en raison de ses propriétés de liaison chimique uniques, possède les allotropes les plus stables de tous les éléments. Certains allotropes de carbone, tels que le graphite et le diamant, sont naturels; d'autres, comme les nanotubes, doivent être fabriqués en laboratoire. L'abondance et la polyvalence du carbone en font l'un des matériaux les plus étudiés dans la recherche en nanotechnologie et ses allotropes possèdent un large éventail de propriétés utiles, telles qu'une résistance à la traction élevée et des points de fusion élevés.
Le carbone amorphe et le graphite sont les deux allotropes les plus courants et constituent la majorité des composés carbonés naturels tels que le charbon et la suie. Le carbone amorphe n'a pas de structure cristalline particulière, comme la plupart des verres. Les atomes de carbone dans le graphite sont disposés en couches; chaque couche a des liens forts les maintenant ensemble, mais les couches ne se lient pas fortement, et elles peuvent facilement être frottées les unes sur les autres. Le graphite pyrolytique pur, où les couches sont toutes disposées dans le même plan, est un matériau extrêmement résistant et résistant à la chaleur, utilisé dans des environnements soumis à de fortes contraintes et à des températures élevées. Le graphite conduit l'électricité et peut être utilisé comme modérateur pour les réacteurs nucléaires.
Le diamant, l’autre allotrope naturel en carbone, a une structure cristalline enchevêtrée et rigide. Le diamant est l’une des substances les plus dures connues, et est utilisé dans l’industrie pour broyer et couper des matériaux. La transparence et la durabilité du diamant en font un matériau très prisé, et l’industrie de la bijouterie a transformé l’extraction du diamant en une industrie de plusieurs milliards de dollars. Le diamant peut être fabriqué synthétiquement à partir d'autres allotropes, mais sa formation nécessite des températures et des pressions extrêmement élevées.
Parmi les autres allotropes plus exotiques figurent les buckyballs, les nanotubes et la nanofoam de carbone. Celles-ci sont présentes naturellement dans la suie et ont été trouvées dans au moins une nébuleuse planétaire, bien qu'elles puissent également être créées de manière synthétique. Les Buckyballs sont des réseaux d'atomes de carbone en forme de boule, qui forment des pentagones et des hexagones imbriqués. Les nanotubes de carbone partagent la même structure que le graphite, mais au lieu d’avoir un empilement de couches, un nanotube s’enroule et se lie avec lui-même, formant ainsi un long cylindre. Les nanotubes de carbone ont une résistance à la traction très élevée, ce qui les rend attrayants en tant que nouveaux matériaux de construction, bien qu'ils soient beaucoup moins solides sous compression.