据Mining.com网站报道，来自俄亥俄州的研究团队进行了一系列模拟试验，表明煤可以转化为有价值的石墨和碳纳米管材料。
利用匹兹堡超级计算中心的布里奇2系统（Bridges-2 system），研究人员借助计算机软件模拟了煤和石墨，虚拟了煤转化为石墨的过程。几代科学家都相信，至少在理论上，如果温度和压力适合，煤有可能转化为石墨。
纯石墨是由六碳环构成的一系列片层叠加而成。一种名为“芳香键”的特殊类型化学键将这些碳连在一起。
在芳香键中，π电子在六碳环上下移动。这些“光滑”的电子云引起层片相互间滑动。铅笔“铅”是一种低级形式的石墨，在纸上留下痕迹，原因是层片相互间滑落并拈在纸上。
芳香键还有另外一种在电子技术中非常重要的优点。π电子很容易从一个环移动到另外一个环。这使得石墨即便不是金属也能够导电。
相比之下，煤的化学结构显得无序。不像石墨层整齐的二维特征，它是三维相连的。它还含有氢、氧、氮、硫和其他可能影响石墨形成的原子。
煤（照片来自詹姆斯·圣约翰）
纯化碳
为开展此项研究，大卫·德拉博德（David Drabold）和其团队制作了一种纯化的“煤”，由位置不固定的单一碳原子构成。作为研究煤转化为石墨的第一步，他们将这种纯化的煤置于高温——3000凯尔文（绝对温度）或近5000华氏度之下。
德拉博德团队中一位名为奇诺索·尤格乌马杜（Chinonso Ugwumadu）的博士研究生透露，“为制作隐晶质石墨纸，我们需要进行大量的分析”。
“与我们拥有的其他系统相比，布里奇是最快最准确的系统。用我们自己的系统，需要两周才能完成160个原子的模拟。而借助布里奇系统，利用密度泛涵理论，我们能够在6-7天内完成400个原子的模拟”。
第一步，俄亥俄大学的科学家借助密度泛涵理论运用物理化学基本原理进行了模拟。这很准确但是计算密集型方法需要许多并行计算。后来，他们将计算移到一种新的软件工具，即高斯近似势（GAP，Gaussian approximation potential），利用机器学习使得同样的计算更加快捷。
他们的结果比团队预料的更为复杂。层片没有形成。但是，他们的碳原子没有整体形成简单的六碳环。一小部分环有5个碳原子，其他的有7个。非六碳环形成了有趣的褶皱，其方式不止一个。六碳环是平的，五碳环和七碳环会蜷曲，但“正曲率和副曲率”意义刚好相反。
科研人员曾猜想这些蜷曲会破坏石墨片层的形成。但片层照样形成，可能是因为五边形和七边形在模拟中相互平衡。这些片层从技术讲是无定形（隐晶质）石墨，因为他们不是纯六环的。但同样，他们形成了片层。
碳纳米管
在另外一些模拟中，尤格乌马杜继续与拉金德拉·塔帕（Rajendra Thapa）合作研究分子而非固体。
在这些模拟条件下，片层本身发生了弯曲。他们用嵌套的非晶碳纳米管（CNT）代替了层片，这是一系列单原子层管，一个在另一个之中。
最近，CNT最近成为材料科学的热点，因为他们实际上是微小的电线，可以在难以置信的小规模上导电。CNT其他重要应用包括燃料电池催化剂、生产超导和锂离子电池、电磁干扰屏蔽、生物医药科学以及纳米神经科学。
CNT研究的一项重要内容是尤格乌马杜研究管壁中的无定形褶皱如何影响电子在材料中的运移。
在材料科学中，每一个“缺陷”也是一种特点。工程师可能会利用这种不规则性来调整某种CNT的性能以满足新型电子设备的特定需求。
该团队继续碳原子转化为石墨和相关材料的研究。
