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Materiais Avançados

Superdiamante aprisiona outros materiais e muda de personalidade

Redação do Site Inovação Tecnológica - 31/01/2020

Superdiamante aprisiona outros materiais para mudar de personalidade
O "material Pokémon" foi sintetizado sob alta pressão e alta temperatura, induzidas a laser - mas fica estável a temperatura ambiente depois de pronto.
[Imagem: Tim Strobel]

Superdiamante

Pesquisadores conseguiram finalmente sintetizar uma classe de "superdiamantes" que havia sido prevista teoricamente há muito tempo, mas que ninguém havia conseguido fabricar.

O novo material, à base de carbono e boro, tem propriedades mecânicas e eletrônicas ajustáveis, sem perder a força e a robustez das ligações químicas características do diamante.

As propriedades de um material são determinadas pela forma como seus átomos são ligados e pelos arranjos estruturais que essas ligações criam. Por exemplo, para materiais à base de carbono, o tipo de ligação faz a diferença entre a dureza do diamante, que possui ligações tridimensionais "sp3", e a maciez do grafite, que possui ligações bidimensionais "sp2".

"Além do diamante e de alguns de seus análogos que incorporam elementos adicionais, quase nenhum outro material de carbono com ligações estendidas sp3 foi criado até agora, apesar das inúmeras previsões de estruturas potencialmente sintetizáveis com esse tipo de ligação," explicou Timothy Strobel, do Instituto Carnegie de Ciências, nos EUA.

Clatratos

A equipe foi buscar uma nova via de síntese desses materiais lançando mão de outro elemento muito associado a materiais duros: o boro.

"Seguindo um princípio químico que indica que a adição de boro à estrutura aumentará sua estabilidade, examinamos outra classe de materiais de carbono com ligações 3D, chamada clatratos, que possui uma estrutura de gaiolas que retém outros tipos de átomos ou moléculas," disse Strobel.

O problema é que ninguém nunca havia conseguido sintetizar um clatrato à base de carbono - clatratos compostos por outros elementos e moléculas são comuns, sejam encontrados na natureza ou sintetizados.

"Nós usamos ferramentas avançadas de pesquisa de estruturas para prever o primeiro clatrato termodinamicamente estável à base de carbono e, em seguida, sintetizamos a estrutura do clatrato, que é composta por gaiolas de carbono-boro que capturam átomos de estrôncio, sob condições de alta pressão e alta temperatura," contou Li Zhu, membro da equipe.

Superdiamante aprisiona outros materiais para mudar de personalidade
Estrutura atômica do clatrato à base de carbono, que pode ir de semicondutor a supercondutor, dependendo do material embutido em sua estrutura - assim como o Pokémon Eevee herda seus poderes.
[Imagem: Tim Strobel]

Material Pokémon

O resultado é uma estrutura 3D baseada em carbono, com ligações químicas similares às do diamante, que pode se manter estável sob condições ambientais. Mas, diferentemente do diamante, os átomos de estrôncio presos nas gaiolas tornam o material metálico - o que significa que ele conduz eletricidade - com potencial para supercondutividade em temperaturas notavelmente altas.

Além do mais, as propriedades do clatrato podem mudar dependendo dos tipos de átomos contidos nas gaiolas.

"Os átomos convidados interagem fortemente com as gaiolas hospedeiras," observou Strobel. "Dependendo dos átomos específicos presentes, o clatrato pode ser ajustado de um semicondutor para um supercondutor, ao mesmo tempo mantendo as robustas ligações típicas do diamante. Dado o grande número de substituições possíveis, imaginamos uma classe inteiramente nova de materiais à base de carbono com propriedades altamente ajustáveis."

"Para quem gosta - ou cujos filhos gostam - de Pokémon, essa estrutura de clatrato à base de carbono é como o Eevee dos materiais," brincou Zhu. "Dependendo do elemento que ele captura, ele assume habilidades diferentes."

Bibliografia:

Artigo: Carbon-boron clathrates as a new class of sp3-bonded framework materials
Autores: Li Zhu, Gustav M. Borstad, Hanyu Liu, Piotr A. Gunka, Michael Guerette, Juli-Anna Dolyniuk, Yue Meng, Eran Greenberg, Vitali B. Prakapenka, Brian L. Chaloux, Albert Epshteyn, Ronald E. Cohen, Timothy A. Strobel
Revista: Science Advances
Vol.: 6, no. 2, eaay8361
DOI: 10.1126/sciadv.aay8361






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