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Mecânica

Química computacional descobre material superduro

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/06/2018

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:

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






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