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Materiais Avançados

Nova fase do carbono: Diamante a temperatura ambiente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/12/2015

Nova fase do carbono faz diamante a temperatura ambiente
Por enquanto a equipe só consegue fazer películas finas de diamante, mas espera logo conseguir fabricar objetos de geometrias definidas.
[Imagem: Narayan/Bhaumik/10.1063/1.4936595]

Q-carbono

Acaba de ser descoberta uma nova fase sólida do carbono, que é diferente das fases conhecidas, o grafite e o diamante.

Fases são formas distintas do mesmo material, produzidas quando o elemento químico se organiza em diferentes estruturas atômicas.

O que surpreendeu é que a nova fase, batizada de Q-carbono, pode ser usada para fazer estruturas similares às de diamante a temperatura e pressão atmosférica ambientes.

"Nós criamos uma terceira fase sólida do carbono. O único lugar que ela pode ser encontrada no mundo natural seria possivelmente no núcleo de alguns planetas," afirma Jay Narayan, da Universidade do Estado da Carolina do Norte, nos EUA, que descobriu o Q-carbono juntamente com seu colega Anagh Bhaumik.

Telas de diamante

O Q-carbono tem algumas características incomuns - por exemplo, ele é ferromagnético, uma propriedade não encontrada nem no grafite e nem no diamante. "Nós nem sequer pensávamos que isto fosse possível," disse Narayan.

Além disso, os primeiros testes indicam que o Q-carbono é mais duro do que o diamante e brilha quando exposto mesmo a níveis muito baixos de energia.

"A dureza do Q-carbono e sua baixa função de trabalho - sua tendência a liberar elétrons - o torna muito promissor para o desenvolvimento de novas tecnologias de telas eletrônicas," prevê Narayan.

Nova fase do carbono faz diamante a temperatura ambiente
Cristal individual e os anéis característicos do padrão de difração do diamante.
[Imagem: Narayan/Bhaumik/10.1063/1.4936595]

Estrutura monocristalina

Para sintetizar o novo material, a equipe começa com um substrato - que pode ser safira, vidro ou um polímero plástico - revestido com carbono amorfo, ou carbono elementar, que, ao contrário do grafite ou do diamante, não tem uma estrutura cristalina regular.

Quando o carbono é atingido por um único pulso de laser, com duração de cerca de 200 nanossegundos, sua temperatura chega a 4000 Kelvin (cerca de 3.727 graus Celsius) e, em seguida, cai rapidamente - essa operação ocorre sob pressão atmosférica normal (uma atmosfera).

O resultado final é um filme de Q-carbono, e os pesquisadores já conseguem controlar o processo para fazer filmes de 20 a 500 nanômetros de espessura.

"Esses objetos de diamante têm uma estrutura monocristalina, o que os torna mais fortes do que os materiais policristalinos. E tudo é feito à temperatura ambiente e em atmosfera ambiente. Nós estamos basicamente usando um laser como os usados nas cirurgias oculares a laser. Então, isto não apenas nos permite desenvolver novas aplicações, como também o processo em si é relativamente barato," disse Narayan.

Usando diferentes substratos e alterando a duração do pulso de laser é possível controlar o resfriamento do carbono, o que poderá eventualmente ser usado para criar outras estruturas de Q-carbono além das películas - como pilares, por exemplo. Mas, por enquanto, a equipe só consegue criar filmes finos.

Bibliografia:

Artigo: Novel Phase of Carbon, Ferromagnetism and Conversion into Diamond
Autores: Jagdish Narayan, Anagh Bhaumik
Revista: Journal of Applied Physics
Vol.: Accepted Paper
DOI: 10.1063/1.4936595

Artigo: Direct conversion of amorphous carbon into diamond at ambient pressures and temperatures in air
Autores: Jagdish Narayan, Anagh Bhaumik
Revista: APL Materials
Vol.: 3, 100702
DOI: 10.1063/1.4932622






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