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Diamano: Como fazer grafite virar diamante sem fazer força

Diamano: Diamante plano fabricado quimicamente, sem pressão
O roteiro estabelece as condições para a sintetização do diamano, ou diamante plano, a partir do grafeno. [Imagem: Pavel Sorokin/TISNCM]

Diamano

Folhas de diamante perfeitas e muito finas podem ser produzidas sem as gigantescas pressões que criam as gemas naturais ou os diamantes sintéticos.

Os experimentos ainda estão no princípio, mas alguns pesquisadores já acreditam ter detectado o que seriam sinais do que eles chamam de "diamano", um diamante plano.

O diamano é uma estrutura extremamente fina, com poucos átomos de espessura, mas que preserva todas as excepcionais propriedades termais e semicondutoras do diamante.

Para ajudar nessa busca, pesquisadores dos EUA e da Rússia, trabalhando conjuntamente, calcularam um diagrama de fase, uma "receita" para a sintetização das folhas de diamante.

O diagrama mostra as condições - temperatura, pressão e outros fatores - que são necessários para transformar uma série de folhas empilhadas de grafeno em diamano - tanto o grafeno como o diamante são formados unicamente por átomos de carbono, dispostos em estruturas cristalinas diferentes.

O que mais surpreendeu é que, segundo o roteiro, o diamano pode ser produzido de forma inteiramente química, em algumas circunstâncias sob pressão atmosférica - a nova variável que parece ter tirado a pressão do circuito é a quantidade de camadas de grafeno utilizadas.

"Quando você tem várias camadas, você consegue um efeito dominó, no qual o hidrogênio começa uma reação no topo e se propaga através do sistema de carbono," explicou o professor Boris Yakobson. "Quando ele atravessa tudo, a transição de fase está completa e a estrutura cristalina resultante é a do diamante."

A equipe é a mesma que há poucos dias previu a sintetização do carbino, que poderá ser o novo material mais forte do mundo.

Diamano: Diamante plano fabricado quimicamente, sem pressão
Para se tornar realidade, o diamante plano ainda terá que vencer o desafio da barreira à nucleação. [Imagem: DOI: 10.1021/nl403938g]

Barreira à nucleação

Agora os experimentalistas vão ter que testar tudo em laboratório, torcendo para que não surja pelo caminho um problema conhecido como "barreira à nucleação" que, se for alta demais, pode impedir a transição de fase - para o carbono é muito mais fácil cristalizar-se como grafite do que como diamante.

"Termodinamicamente, um diamante pode virar grafite, mas isso não acontece exatamente por causa da barreira de nucleação. Então, às vezes, ela é útil. Mas, se quisermos fabricar diamante plano, vamos precisar descobrir meios de contornar essa barreira," disse Yakobson.

Se tudo der certo, o diamante plano será mais uma estrela no crescente mundo dos materiais "bidimensionais", que recentemente foi brindado com a chegada do fosforeno e que logo poderá contar também com o estaneno.

"O diamano tem uma ampla gama potencial de aplicação," disse Yakobson. "Ele pode ser aplicado como películas dielétricas muito finas e duras em nanocapacitores ou em componentes nanoeletrônicos rígidos. Além disso, o diamano tem potencial para aplicação em nano-óptica."

Bibliografia:

Phase Diagram of Quasi-Two-Dimensional Carbon, From Graphene to Diamond
Alexander G. Kvashnin, Leonid A. Chernozatonskii, Boris I. Yakobson, Pavel B. Sorokin
Nano Letters
Vol.: Articles ASAP
DOI: 10.1021/nl403938g




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