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Cientistas descobrem novo material 2D mais resistente que o grafeno

·3 minuto de leitura
Cientistas descobrem novo material 2D mais resistente que o grafeno
Cientistas descobrem novo material 2D mais resistente que o grafeno

O nitreto de boro hexagonal (h-BN), um novo material descoberto por pesquisadores da Universidade Rice, em Houston, nos Estados Unidos, em parceria com cientistas da Universidade Tecnológica de Nanyang, em Singapura, possui propriedades físicas semelhantes às do grafeno. Esse elemento possui uma resistência a rachaduras tão grande, que surpreendeu até mesmo os cientistas responsáveis pela pesquisa.

A descoberta chega até mesmo a ir contra a descrição fundamental da fratura dos materiais, princípio que tem sido usado pelos cientistas desde a década de 1920 para prevenção e definição da resistência dos materiais. “O que observamos neste material é notável”, disse o cientista de materiais da Universidade Rice, Jun Lou, ao Science Alert. “Ninguém esperava ver isso em materiais 2D. É por isso que é tão emocionante”.

Visão geral de uma amostra de h-BN. Crédito: Rice University
Visão geral de uma amostra de h-BN. Crédito: Rice University

O h-BN tem uma estrutura extremamente semelhante a do grafeno, já que ambos são materiais que consistem em redes hexagonais de átomos. Porém, no grafeno, esses átomos são de carbono, já no h-BN, cada hexágono possui três átomos de carbono e outros três átomos de nitrogênio.

Mais forte que o esperado

As ligações carbono-carbono estão entre as mais fortes encontradas na natureza, sendo assim, o esperado é que o grafeno seja muito mais resistente que o h-BN. No geral, é isso que realmente acontece, ambos têm valores de resistência e elasticidade bastante semelhantes, porém, os valores dos h-BNs são ligeiramente mais baixos. Porém, o grafeno também tem baixa resistência a rachaduras, ou seja, é extremamente frágil.

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“Medimos a resistência à fratura do grafeno há sete anos e, na verdade, ele não é muito resistente à fratura”, explicou Lou . “Se houver uma rachadura na rede, uma pequena carga quebrará esse material”, completou ele.

A princípio, os pesquisadores pensaram que, como as propriedades do h-BN eram semelhantes às do grafeno, sua fragilidade também seria. Porém, quando foram realizados os testes, eles descobriram que a resistência à fratura do h-BN é dez vezes maior do que a do grafeno.

Por que tão forte?

Comparação entre as fissuras em uma amostra de grafeno em comparação com uma de h-BN. Crédito: Rice University
Comparação entre as fissuras em uma amostra de grafeno em comparação com uma de h-BN. Crédito: Rice University

Para descobrir a razão disso, a equipe analisou amostras de h-BN com auxílio de um microscópio eletrônico para observar nos menores detalhes possíveis como as rachaduras ocorrem. E, depois de mais de 1.000 horas de experimentação e análise de acompanhamento, eles conseguiram descobrir que os dois materiais, apesar de semelhantes, não são exatamente iguais.

No grafeno, uma rachadura tende a ziguezaguear de cima para baixo, já no h-BN, as fissuras tendem a se bifurcar, o que torna o material muito mais resistente. Se a rachadura é ramificada, isso significa que está girando”, explicou Lou. “Se você tem essa trinca de giro, basicamente gasta energia adicional para impulsionar a trinca. Então, você efetivamente endureceu seu material tornando muito mais difícil a propagação da trinca”.

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Essa capacidade tem implicações para o desenvolvimento de materiais 2D flexíveis e aplicáveis na eletrônica, por exemplo. O h-BN, inclusive, tem uma série de propriedades que o tornam um excelente prospecto para aplicações na eletrônica, já que possui resistência ao calor e estabilidade química. Portanto, isso poderia fornecer uma nova maneira de desenvolver tecnologias como roupas inteligentes, tatuagens eletrônicas e até implantes.

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