Materiais Avançados

Nova forma de carbono é dura como pedra e elástica como borracha

Nova forma de carbono é duro como pedra e elástica como borracha
Visualização do carbono vítreo ultraforte, duro e elástico. A estrutura ilustrada está sobreposta em uma imagem do material feita por microscópio eletrônico. [Imagem: Timothy Strobel]

Muitos carbonos

O carbono é um elemento químico cujas possibilidades de rearranjo parecem ser infinitas.

Por exemplo, os diamantes transparentes e superduros, o grafite opaco e desmanchadiço, o espetacular grafeno, todos são compostos exclusivamente por carbono.

E, claro, temos nós, os seres humanos, formados em uma estrutura de carbono. E tem também o diamano, o aerografite e, agora, uma nova forma que parece ser um misto de tudo isso.

Meng Hu e seus colegas das universidades Yanshan (China) e Carnegie Mellon (EUA) criaram uma forma de carbono que é, ao mesmo tempo, dura como pedra e elástica como uma borracha - e ainda conduz eletricidade.

Essas infinitas possibilidades do carbono parecem ser possíveis porque a configuração dos seus elétrons permite inúmeras combinações de autoligação, dando origem a uma ampla gama de materiais com propriedades variáveis - ou seja, muito mais ainda pode estar por vir. O segredo está em descobrir o método adequado para sintetizar novas variações.

Carbono ultraforte

Meng Hu e seus colegas produziram o material pressurizando e aquecendo uma forma estruturalmente desordenada de carbono, chamada carbono vítreo. Esse material inicial foi submetido a cerca de 250 mil vezes a pressão atmosférica normal e aquecido a aproximadamente 980º C para criar o novo carbono forte e elástico.

O carbono recém-criado é composto tanto de ligações químicas similares às do grafite quanto de ligações semelhantes às do diamante, o que pode explicar sua combinação única de propriedades. Sob as condições de síntese de alta pressão, camadas desordenadas dentro do carbono vítreo se mesclaram e reconectaram de várias maneiras. Esse processo criou uma estrutura geral que não possui uma ordem espacial de longo alcance, mas apresenta uma organização cristalina na escala nanométrica.

A nova forma de carbono é ultraforte, leve, elástica e eletricamente condutora.

Nova forma de carbono é duro como pedra e elástica como borracha
Visualização dos diferentes tipos de ligações tipo diamante (esferas vermelhas) formadas em superfícies curvas ou entre as camadas de grafeno (esferas pretas) neste novo tipo de carbono vítreo comprimido. [Imagem: Timothy Strobel]

Um material com uma combinação tão única de propriedades poderá atender a uma grande variedade de aplicações - a equipe não se arrisca a fazer uma lista, mas afirma que começará a explorar o material para uso na indústria aeroespacial.

"Materiais leves com elevada resistência e elasticidade e robustos como este são muito desejáveis para aplicações onde a economia de peso é de extrema importância, mesmo mais do que o custo do material," explicou o professor Zhisheng Zhao. "Além disso, acreditamos que este método de síntese pode ser aprimorado para criar outras formas extraordinárias de carbono e classes de materiais inteiramente diferentes".

Bibliografia:

Compressed glassy carbon: An ultrastrong and elastic interpenetrating graphene network
Meng Hu, Julong He, Zhisheng Zhao, Timothy A. Strobel, Wentao Hu, Dongli Yu, Hao Sun, Lingyu Liu, Zihe Li, Mengdong Ma, Yoshio Kono, Jinfu Shu, Ho-kwang Mao, Yingwei Fei, Guoyin Shen, Yanbin Wang, Stephen J. Juhl, Jian Yu Huang, Zhongyuan Liu, Bo Xu, Yongjun Tian
Science Advances
Vol.: 3, no. 6, e1603213
DOI: 10.1126/sciadv.1603213




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