GUSTAVO RASKOKSY/RICE UNIVERSITY
MADRID 19 fev. (EUROPA PRESS) -
Pesquisadores descobriram que um material de carbono bidimensional é mais forte do que o grafeno, superando até mesmo o desafio de rachar sob forte pressão em espessuras atômicas.
Por exemplo, os materiais derivados do carbono, como o grafeno, estão entre os mais resistentes da Terra, mas uma vez verificados, as rachaduras se propagam rapidamente através deles, tornando-os propensos a fraturas repentinas.
Entretanto, um novo material de carbono conhecido como carbono amorfo de monocamada (MAC) é forte e resistente. Na verdade, o MAC, que foi sintetizado recentemente pelo grupo de Barbaros Özyilmaz na Universidade Nacional de Cingapura (NUS), é oito vezes mais forte do que o grafeno, de acordo com um novo estudo realizado por cientistas e colaboradores da Rice University, publicado na revista Matter.
Assim como o grafeno, o MAC também é um material 2D ou de um único átomo de espessura. Mas, diferentemente do grafeno, em que os átomos estão dispostos em uma estrutura hexagonal (cristalina) ordenada, o MAC é um material composto que incorpora regiões cristalinas e amorfas. É essa estrutura composta que dá ao MAC sua dureza característica, sugerindo que uma abordagem de design composto poderia ser uma maneira produtiva de tornar os materiais 2D menos frágeis.
"Esse design exclusivo evita que as rachaduras se propaguem facilmente, permitindo que o material absorva mais energia antes de quebrar", disse em um comunicado Bongki Shin, estudante de pós-graduação em ciência dos materiais e nanoengenharia da Rice University, que é o primeiro autor do estudo.
Essa é uma ótima notícia para os materiais 2D, que possibilitaram inovações transformadoras em vários campos, desde eletrônicos mais rápidos e eficientes até armazenamento de energia de alta capacidade, sensores avançados e tecnologias vestíveis. Para explorar ainda mais suas propriedades extraordinárias, os cientistas de materiais precisam lidar com sua fragilidade, que até agora tem limitado sua aplicação no mundo real.
Para tornar os nanomateriais 2D mais fortes, nanoestruturas de reforço podem ser adicionadas a filmes finos (um método descrito no estudo como "endurecimento extrínseco") ou modificações podem ser introduzidas no plano do material (um método chamado de "endurecimento intrínseco"). A estrutura no plano do MAC proporcionou um estudo de caso ideal para testar a resistência à fratura de nanocompósitos que consistem em regiões ordenadas (cristalinas) incorporadas em uma matriz desordenada (amorfa).
"Acreditamos que essa estratégia de endurecimento baseada na estrutura poderia funcionar em outros materiais 2D, portanto, esse trabalho abre possibilidades interessantes para o projeto de materiais avançados", disse Jun Lou, professor de ciência de materiais e nanoengenharia e de química, autor correspondente do estudo.
Os pesquisadores da Rice usaram testes de tração in situ dentro de um microscópio eletrônico de varredura para observar a formação e a propagação de rachaduras em tempo real. Isso permitiu que eles observassem diretamente como a estrutura do nanocompósito MAC resiste à propagação de rachaduras. O grupo liderado por Markus Buehler, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, realizou simulações de dinâmica molecular, o que lhes permitiu chegar ao nível atômico para entender como a mistura de regiões cristalinas e amorfas afeta a energia da fratura.
"Isso não foi feito antes porque criar e gerar imagens de um material ultrafino e desordenado em escala atômica é extremamente difícil", disse Yimo Han, professor associado de ciência dos materiais e nanoengenharia e autor correspondente do estudo. "No entanto, graças aos recentes avanços na síntese de nanomateriais e na geração de imagens de alta resolução, conseguimos descobrir uma nova abordagem para tornar os materiais 2D mais robustos sem acrescentar camadas adicionais."
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