Mecânica

Química computacional descobre material superduro

Química computacional descobre material superduro
Estrutura cristalina do novo material, que pode ser sintetizado a temperatura ambiente. [Imagem: Alexander G. Kvashnin et al. - 10.1021/acs.jpclett.8b01262]

Diamante e pobedit

Químicos da Rússia e da China descobriram um novo material superduro que promete desbancar o material usado há quase um século em ferramentas de corte, usinagem, perfuração de poços de petróleo e várias outras aplicações.

O boreto de tungstênio (WB5) que eles descobriram supera o amplamente usado "pobedit", um material compósito de carboneto de tungstênio e cobalto misturado com diamantes artificiais.

As substâncias superduras têm uma ampla gama de aplicações, abrangendo a perfuração de poços, a construção de máquinas, a usinagem de metais, a cirurgia e muitos outros.

O material mais duro conhecido, o diamante, é um luxo inacessível em muitas dessas aplicações, e seu concorrente distante, o pobedit, tem reinado sem desafiantes há pelo menos 80 anos - pobedit é um termo russo para "vencedor, insuperável".

WB5

A composição quase imbatível do pobedit não resistiu ao ataque de simuladores computacionais, que usam algoritmos evolucionários para prever como moléculas podem se rearranjar em materiais nunca antes sintetizados de forma a obter as características desejadas.

Alexander Kvashnin e seus colegas usaram o algoritmo evolutivo USPEX para prever a composição do novo material, o WB5 (tungstênio e boro), que pode ser sintetizado em pressão ambiente e bate o pobedit nos dois parâmetros mais essenciais - dureza (50% maior) e tenacidade à fratura (20% menor).

"O sistema de tungstênio-boro tem sido objeto de uma série de estudos experimentais e teóricos, e é surpreendente que esse composto não tenha sido descoberto até agora," disse Kvashnin.

Química computacional descobre material superduro
O algoritmo USPEX é usado por milhares de pesquisadores ao redor do mundo. [Imagem: Uspex/Oganov Lab]

USPEX

USPEX é uma sigla em inglês para "Preditor Universal de Estruturas: Xtalografia Evolucionária" - na verdade é uma sigla um tanto forçada, já que "uspekh" em russo significa "sucesso" - devido à alta taxa de sucesso e muitos resultados úteis produzidos por este método.

Esse simulador foi criado no laboratório do professor Artem Oganov, do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou, em 2004, e deve seu sucesso à sua capacidade de resolver o problema central da química dos cristais, levando a uma grande capacidade de previsão da estrutura cristalina dos materiais.

Colocado à disposição da comunidade científica, esse simulador hoje é usado por mais de 4.000 pesquisadores em todo o mundo.

Bibliografia:

New Tungsten Borides, Their Stability and Outstanding Mechanical Properties
Alexander G. Kvashnin, Hayk A. Zakaryan, Changming Zhao, Yifeng Duan, Yulia A. Kvashnina, Congwei Xie, Huafeng Dong, Artem R. Oganov
Journal of Physical Chemistry Letters
Vol.: 9, pp 3470-3477
DOI: 10.1021/acs.jpclett.8b01262




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