Tecnologia Científica

Novo vidro de diamante ultra-duro sintetizado
O tipo de ligação que mantém um material à base de carbono unido determina sua dureza. Por exemplo, o grafite macio tem ligações bidimensionais e o diamante duro tem ligações tridimensionais.
Por Carnegie Institution for Science - 25/11/2021


Os pesquisadores usam a prensa multi-bigorna para transformar o fulereno C60 em vidro de diamante, semelhante ao processo de conversão de grafite em diamante em aparelhos de alta pressão. Crédito: Yingwei Fei.

Yingwei Fei e Lin Wang, da Carnegie, faziam parte de uma equipe de pesquisa internacional que sintetizou uma nova forma ultrarrígida de vidro de carbono com uma grande variedade de aplicações práticas em potencial para dispositivos e eletrônicos. É o vidro mais duro conhecido com a maior condutividade térmica entre todos os materiais de vidro. Suas descobertas foram publicadas na Nature .

A função segue a forma quando se trata de compreender as propriedades de um material. A forma como seus átomos estão quimicamente ligados uns aos outros e seu arranjo estrutural resultante determinam as qualidades físicas de um material - tanto aquelas que são observáveis ​​a olho nu quanto aquelas que são reveladas apenas por sondagem científica.

O carbono é incomparável em sua capacidade de formar estruturas estáveis ​​- sozinho e em combinação com outros elementos. Algumas formas de carbono são altamente organizadas, com redes cristalinas repetidas. Outros são mais desordenados, uma qualidade chamada amorfa.

O tipo de ligação que mantém um material à base de carbono unido determina sua dureza. Por exemplo, o grafite macio tem ligações bidimensionais e o diamante duro tem ligações tridimensionais.

"A síntese de um material de carbono amorfo com ligações tridimensionais tem sido uma meta de longa data", explicou Fei. "O truque é encontrar o material inicial certo para transformar com a aplicação de pressão."

"Por décadas, os pesquisadores da Carnegie estiveram na vanguarda do campo, usando técnicas de laboratório para gerar pressões extremas para produzir novos materiais ou imitar as condições encontradas nas profundezas dos planetas", acrescentou o diretor do Laboratório Carnegie Earth and Planets, Richard Carlson.

Devido ao seu ponto de fusão extremamente alto , é impossível usar o diamante como ponto de partida para sintetizar o vidro semelhante ao diamante. No entanto, a equipe de pesquisa, liderada por Bingbing Liu da Universidade de Jilin e Mingguang Yao - um ex-pesquisador visitante da Carnegie - fez sua descoberta usando uma forma de carbono composta de 60 moléculas dispostas para formar uma bola oca. Informalmente chamado de buckyball, esse material vencedor do Prêmio Nobel foi aquecido apenas o suficiente para colapsar sua estrutura semelhante a uma bola de futebol para induzir a desordem antes de transformar o carbono em diamante cristalino sob pressão.

A equipe usou uma prensa multi-bigorna de grande volume para sintetizar o vidro tipo diamante. O vidro é grande o suficiente para caracterização. Suas propriedades foram confirmadas usando uma variedade de técnicas avançadas de alta resolução para sondar a estrutura atômica.

“A criação de um vidro com propriedades tão superiores abrirá as portas para novas aplicações”, explicou Fei. "O uso de novos materiais de vidro depende da fabricação de peças grandes, o que representou um desafio no passado. A temperatura comparativamente mais baixa na qual fomos capazes de sintetizar este novo vidro de diamante ultraduro torna a produção em massa mais prática."  

 

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