Materiais Avançados

Carbino: vem aí o novo material mais forte do mundo

Carbino: vem aí o novo material mais forte do mundo
Nanocordas ou nanobastões de carbino, uma cadeia unidimensional de átomos de carbono, deverão ser mais fortes do que o grafeno e do que o diamante - se puderem ser fabricados.[Imagem: Liu et al./ACS Nano]

Materiais mais fortes do mundo

Primeiro foram os nanotubos de carbono que foram considerados o material mais forte do mundo.

Mas eles logo foram eclipsados pelo superforte grafeno.

Agora, acaba de entrar no circuito um novo material, o carbino, que, como seu nome já denuncia, também é uma forma de carbono.

A diferença é que, por enquanto, o carbino ultraforte existe apenas na teoria.

Contudo, Mingjie Liu e seus colegas da Universidade Rice, nos Estados Unidos, garantem que, quando o carbino for sintetizado, nanocordas e nanobastões do material se tornarão o novo material mais forte do mundo.

Carbino

Um carbino é uma cadeia de átomos de carbono unidos por ligações atômicas duplas ou ligações atômicas simples alternadas.

Essa estrutura torna o carbino um material verdadeiramente unidimensional, ao contrário do grafeno, que possui as "dimensões" em cima e embaixo, e dos nanotubos, que têm um dentro e um fora.

Segundo os cálculos dos pesquisadores, feitos a partir dos chamados primeiros princípios, o carbino deverá ser duas vezes mais forte do que o grafeno, o que significa que serão necessários dois elefantes apoiados em uma área equivalente à de uma ponta de caneta para quebrar uma fibra de carbino - para quebrar o grafeno basta um elefante.

Ele terá o dobro da rigidez à tração do grafeno e dos nanotubos de carbono e quase três vezes mais do que o diamante.

Mas o carbino não tem apenas força: basta girá-lo ou tensioná-lo para que ele apresente propriedades eletrônicas cativantes.

Esticando-o em apenas 10% de seu tamanho original faz com que o carbino apresente uma bandgap - algo que o grafeno não tem, e que é essencial para seu funcionamento como semicondutor.

Com uma rotação de 90 graus o carbino se torna um semicondutor magnético.

O melhor é que os cálculos indicam que esse supermaterial será estável a temperatura ambiente.

Carbino: vem aí o novo material mais forte do mundo
O carbino não tem apenas força: basta girá-lo ou tensioná-lo para que ele apresente propriedades eletrônicas muito interessantes. [Imagem: Vasilii Artyukhov/Rice University]

Aplicações

Segundo o professor Boris Yakobson, orientador do trabalho, o carbino poderá ser usado em sistemas nanoeletromecânicos, em circuitos spintrônicos, em sensores, no armazenamento de energia e, claro, como material estrutural, compondo fibras ultrafortes e leves.

Yakobson foi um dos responsáveis por mostrar que os nanotubos de carbono são fortes, mas não inquebráveis, e é uma das autoridades na área dos chamados sub-nanofios, que vão além da atual nanotecnologia.

"Qualquer que seja sua aplicação, academicamente é muito entusiasmante conhecer o arranjo de átomos mais forte possível," disse ele. Se os cálculos estiverem corretos, o carbino deverá ser o mais alto estado de energia de uma forma estável de carbono.

Falta fazer

As primeiras teorias sobre o carbino surgiram no século 19, e uma primeira aproximação do material foi sintetizada na União Soviética em 1960.

O grande feito da nova análise é a conclusão de que o material será estável e não reagirá consigo mesmo, o que poderia destruir os fios atômicos que apresentaram todas essas qualidades tão promissoras - resultados anteriores sugeriam que dois fios de carbino poderiam simplesmente explodir se tocassem um no outro.

A expectativa agora é que as novas ferramentas da nanotecnologia permitam sintetizar isoladamente os fios atômicos de carbino com precisão - um desafio que ainda não foi totalmente vencido nem para os nanotubos de carbono e nem para o grafeno.

Fibra mais forte do mundo mistura natureza e alta tecnologia

Bibliografia:

Carbyne from First Principles: Chain of C Atoms, a Nanorod or a Nanorope
Mingjie Liu, Vasilii I. Artyukhov, Hoonkyung Lee, Fangbo Xu, Boris I. Yakobson
ACS Nano
Vol.: Article ASAP
DOI: 10.1021/nn404177r




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