Nanotubos de carbono são fortes, mas não inquebráveis

Redação do Site Inovação Tecnológica - 31/03/2006

Descobrir coisas novas e técnicas para construí-las parece ser matéria já longamente dominada por pesquisadores e engenheiros. Mas entender como essas coisas - ou mesmo materiais naturais - se quebram, esta ainda é uma pedra no sapato dos cientistas. Já vimos pesquisas sobre este assunto.

A situação não é diferente na nanotecnologia, mais especificamente, quando se trata dos nanotubos de carbono. Essas estruturas minúsculas - verdadeiros canos cujas paredes são átomos únicos de carbono - são tidas como o material do futuro, levíssimo e ultra-resistente. Acredita-se que os nanotubos poderão viabilizar a construção de um elevador espacial, que poderá aposentar de vez os foguetes.

Os nanotubos de carbono são incrivelmente resistentes... mas não indestrutíveis; eles também se quebram. Agora cientistas da Universidade Rice, na Inglaterra, construíram um programa simulador que gera um "mapa de resistência" dos nanotubos, indicando a probabilidade de que essas promissoras estruturas venham a se quebrar e sob quais condições isso pode acontecer.

Como são formados apenas por átomos de carbono, os nanotubos são, a rigor, moléculas. E descobrir como moléculas se quebram não é uma questão simples, envolvendo a dinâmica atômica, as ligações moleculares e complexos fenômenos quânticos. Além disso, nem todos os nanotubos são iguais, podendo ser fabricados em uma ampla variedade de formatos.

Mas os cientistas venceram o desafio: "Os nanotubos se quebram em uma de duas formas possíveis: as ligações se rompem bruscamente como acontece em materiais quebradiços ou eles se dobram e deformam," explica o professor Boris Yakobson.

"Nós descobrimos que os mecanismos fundamentais que causam os dois tipos de quebra estão sempre presentes ao mesmo tempo. Mesmo em um teste particular, os dois tipos de quebra podem ocorrer, mas nós conseguimos mapear um padrão - baseado em probabilidades estatísticas - daquilo que mais provavelmente acontecerá em determinada condição, e isto para todas as espécies de nanotubos," diz ele.

No modelo, os cientistas levaram em conta quatro valores críticos: nível de carga, duração da aplicação da carga, temperatura e quiralidade.

Quiralidade

A quiralidade pode ser entendida comparando-se um nanotubo de carbono com uma folha de papel: quando se enrola a folha de papel, se ela não estiver perfeitamente alinhada, sobrarão pontas nas duas extremidades. O mesmo acontece com os nanotubos, que podem ser comparados com folhas de carbono enroladas. O ângulo com que essas "pontas" saem pelas extremidades do nanotubo é conhecido como ângulo quiral.

Esse ângulo quiral pode variar de 0 (o nanotubo está perfeitamente enrolado) até 30 graus. Só que, ao invés de meras pontas nas extremidades, essa inclinação pode representar diferenças tão profundas quanto se aquela molécula será metálica ou não.

"O mecanismo de quebra de um nanotubo em particular depende em grande parte do seu enrolamento intrínseco, chamado quiralidade," explica Traian Dumitrica, outro membro da equipe.

Essa dependência foi então ponderada, juntamente com os outros três parâmetros, gerando um mapa, no qual se pode ler o ponto típico de ruptura de cada tipo de nanotubo, em cada situação em particular.

Além do resultado intrínseco da pesquisa, que deverá ajudar muito os engenheiros quando eles forem construir componentes - micro ou macroscópicos - utilizando os nanotubos, o trabalho ressalta a importância cada vez maior que a simulação computadorizada vem ocupando nas várias áreas da ciência.