Fullerene-derived hierarchical sp2 carbon exhibiting united hardness, elasticity, and thermal stability
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Carbon materials possess attractive mechanical and thermal properties, yet creating bulk sp²-bonded carbon that unites high hardness, elastic recoverability, and thermal stability has remained elusive. Mechanical anisotropy, low damage tolerance, and structural instability under stress or at high temperatures hinder the development of dense sp²-carbon architectures for demanding environments. Here we report a dual-phase sp2 carbon produced from C60 at high pressure through progressive structural reconstruction, yielding a hierarchical structure in which stacked graphene nanoclusters are integrated within a disordered sp2-rich amorphous matrix. This architecture accommodates stress by structurally mediated interlayer sliding and elastic compaction, while retaining structural coherence. The resulting material achieves ~ 20 GPa hardness, > 88% elastic recovery, and oxidation resistance near 960 °C in air, representing an unusual combination of mechanical recoverability and thermal stability among representative carbon materials. Simulations show that the combination of stiffness and resilience arises from interfacial reinforcement between the ordered and disordered domains. This work identifies a structural pathway for engineering sp²-carbon systems that overcome long-standing limits in mechanical and thermal performance. Researchers synthesized a dense sp2-carbon material from C60 under high pressure. Its dual-phase architecture, consisting of graphene nanoclusters embedded within a disordered carbon matrix, endows the material with exceptional hardness, high elastic recovery, and remarkable oxidation resistance.
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Le contrôle bibliographique ouvert
DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.
- Titre Crossref
- Fullerene-derived hierarchical sp2 carbon exhibiting united hardness, elasticity, and thermal stability
- Date Crossref
- 12/08/2026
- Éditeur
- Springer Science and Business Media LLC
- Type
- journal-article
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Où se fait cette recherche
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University of Science and Technology of China State Key Laboratory of Nonlinear Mechanics pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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China Academy of Engineering Physics pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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Chinese Academy of Engineering pays non établi dans la noticeInstitution
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Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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Center for High Pressure Science & Technology Advanced Research pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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Tsinghua University pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Hebei University of Technology pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Jilin University International Center of Future Science pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Jilin International Studies University pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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State Key Laboratory of High Pressure and Superhard Materials pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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National Key Laboratory of Neutron Science and Technology pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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School of Nuclear Science and Technology pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
State Key Laboratory of Nonlinear Mechanics — University of Science and Technology of China, China Academy of Engineering Physics et Chinese Academy of Engineering, avec 9 autres affiliations.
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