Diamante vítreo ultraduro é sintetizado pela primeira vez

Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/11/2021

Os pesquisadores usaram múltiplas prensas tipo bigorna para transformar o fulereno C60 em vidro de diamante, semelhante ao processo de conversão do grafite em diamante.
[Imagem: Yingwei Fei]

Vidro-diamante

Uma equipe internacional e multidisciplinar de pesquisadores conseguiu sintetizar artificialmente uma nova forma ultradura de diamante, já conhecido por ser o material natural mais duro que existe.

Além de ser o "vidro de carbono" mais duro que se conhece, o novo diamante apresentou também a mais elevada condutividade termal entre todos os materiais vítreos, o que o torna um candidato ideal para ferramentas de corte mais duráveis.

O carbono é incomparável em sua capacidade de formar estruturas estáveis - sozinho ou em combinação com outros elementos. Algumas formas de carbono são altamente organizadas, com redes cristalinas repetidas, como o diamante e o grafeno. Outras são mais desordenadas, uma qualidade denominada amorfa, como o grafite.

O tipo de ligação que mantém um material à base de carbono unido determina sua dureza: Por exemplo, o macio grafite tem ligações bidimensionais, enquanto o duro diamante tem ligações tridimensionais.

Mas existem também outros arranjos, como quando os átomos de carbono se unem para formar esferas, que podem ter até 60 átomos (C60). São os chamados fulerenos, materiais de grande interesse tecnológico, de tornar o alumínio tão duro quanto o aço até incrementar a eletrônica orgânica.

Amostras e estrutura atômica do novo "vidro-diamante".
[Imagem: Yuchen Shang et al. - 10.1038/s41586-021-03882-9]

Prensando fulerenos para fazer diamante vítreo

Yuchen Shang e seus colegas partiram justamente do carbono na forma C60, também conhecida como buckyballs. Colocadas em seis bigornas de carbeto (carbono mais um metal), as amostras foram submetidas a 30 gigapascais - cerca de 450 vezes a pressão no ponto mais profundo dos oceanos - e temperaturas acima dos 1.200 ºC, o que fez as nanoesferas de carbono se transformarem no novo tipo de diamante, chamado diamante paracristalino.

A grande diferença em relação aos diamantes comuns, sejam naturais ou sintéticos, é que este novo material não é cristalino, é amorfo, o que o torna na verdade um tipo de vidro - o vidro mais duro que existe até agora. O mais perto que se havia chegado disso foi há cerca de dez anos, com a sintetização de uma forma híbrida de carbono, também mais dura que o diamante.

Devido ao seu ponto de fusão extremamente alto, é impossível usar o próprio diamante como ponto de partida para sintetizar vidros ultraduros, o que explica porque demorou tanto para que este novo material fosse produzido.

"A síntese de um material de carbono amorfo com ligações tridimensionais tem sido uma meta de longa data. O truque é encontrar o material de partida certo para transformar com a aplicação de pressão," disse o professor Yingwei Fei, da Instituição Carnegie para Ciência, nos EUA.

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