Cientistas descobrem substância quase inquebrável que rivaliza com o diamante como o material mais duro do mundo.
Os pesquisadores descobriram que quando as moléculas de carbono e nitrogênio foram submetidas a calor e pressão extremos, os materiais resultantes, conhecidos como nitretos de carbono, eram mais resistentes que o nitreto cúbico de boro, o segundo material mais duro depois do diamante.
Especialistas disseram que a inovação abre portas para materiais multifuncionais a serem usados para fins industriais, incluindo revestimentos protetores para carros e naves espaciais, ferramentas de corte de alta resistência, painéis solares e fotodetectores.
Os cientistas de materiais têm tentado desbloquear o potencial dos nitretos de carbono desde a década de 1980, quando notaram pela primeira vez suas propriedades excepcionais, incluindo resistência ao calor elevada.
No entanto, depois de mais de três décadas de pesquisa e múltiplas tentativas para sintetizar esses materiais, não foram relatados resultados credíveis.
Ficamos incrédulos por termos produzido materiais com os quais os pesquisadores sonharam nas últimas três décadas
Dr. Dominique Laniel, Universidade de Edimburgo
No entanto, uma equipe internacional de cientistas – liderada por pesquisadores do Centro de Ciência em Condições Extremas da Universidade de Edimburgo e por especialistas da Universidade de Bayreuth, na Alemanha, e da Universidade de Linkoping, na Suécia – conseguiu agora um avanço.
Dominique Laniel, futuros líderes do Instituto de Física da Matéria Condensada e Sistemas Complexos da Escola de Física e Astronomia da Universidade de Edimburgo, disse: “Após a descoberta do primeiro desses novos materiais de nitreto de carbono, ficamos incrédulos em produziram materiais com os quais os pesquisadores sonham nas últimas três décadas.
“Esses materiais fornecem um forte incentivo para preencher a lacuna entre a síntese de materiais de alta pressão e as aplicações industriais.”
A equipe de pesquisa submeteu várias formas de moléculas de carbono e azoto a pressões entre 70 e 135 gigapascais – cerca de um milhão de vezes a nossa pressão atmosférica – enquanto as aquecia a temperaturas superiores a 1.500ºC.
Para identificar o arranjo atômico dos compostos nessas condições, as amostras foram iluminadas por um intenso feixe de raios X em três aceleradores de partículas – o European Synchrotron Research Facility na França, o Deutsches Elektronen-Synchrotron na Alemanha e o Advanced Photon Source baseado em nos Estados Unidos.
Os pesquisadores descobriram que três compostos de nitreto de carbono possuem os blocos de construção necessários para superdureza.
Eles descobriram que todos os três compostos mantiveram suas qualidades semelhantes às do diamante quando retornaram às condições de pressão e temperatura ambiente.
Cálculos e experimentos adicionais sugerem que os novos materiais contêm propriedades adicionais, incluindo fotoluminescência e alta densidade de energia, onde uma grande quantidade de energia pode ser armazenada em uma pequena quantidade de massa.
Os pesquisadores dizem que as aplicações potenciais desses nitretos de carbono ultraincompressíveis são vastas, potencialmente posicionando-os como materiais de engenharia definitivos para rivalizar com os diamantes.
Florian Trybel, professor assistente do Departamento de Física, Química e Biologia da Universidade de Linkoping, disse: “Esses materiais não são apenas excelentes em sua multifuncionalidade, mas mostram que fases tecnologicamente relevantes podem ser recuperadas a partir de uma pressão de síntese equivalente. às condições encontradas a milhares de quilômetros no interior da Terra.
“Acreditamos fortemente que esta pesquisa colaborativa abrirá novas possibilidades para o campo.”
A pesquisa, publicada na Advanced Materials, foi financiada pelo programa UK Research and Innovation Future Leaders Fellowships e por bolsas de pesquisa europeias.
