Camada atômica amorfa de carbono é 8 vezes mais resistente que grafeno

Redação do Site Inovação Tecnológica - 21/02/2025

A estrutura amorfa tem distâncias átomo a átomo bastante variadas, diferentemente dos cristais.
[Imagem: NUS]

Um grafeno que não se rasga

Você deve estar cansado de ouvir falar que o grafeno está entre os materiais mais fortes da Terra, mas ele não é à prova de trincas e rachaduras, que se propagam rapidamente através dele, tornando-o propenso a fraturas repentinas.

Mas Bongki Shin e colegas da Universidade de Cingapura sintetizaram um primo próximo do grafeno e agora comprovaram que ele é simultaneamente forte e resistente a rasgos - muito mais resistente que o grafeno.

Batizado de carbono amorfo monocamada (CAM) - ou monocamada de carbono amorfa, você escolhe - o novo material é oito vezes mais resistente às trincas e fraturas do que o grafeno.

Assim como o grafeno, o CAM também é um material 2D, ou seja, ele tem a espessura de um único átomo. Mas, diferentemente do grafeno, no qual os átomos são dispostos em uma rede hexagonal ordenada - ou cristalina -, o CAM é um material compósito, que incorpora regiões cristalinas e regiões amorfas, ou seja, regiões nas quais os átomos não se distribuem de modo previsível e repetitivo.

E é essa estrutura composta que dá ao CAM sua tenacidade, indicando que os cientistas dos materiais poderão adotar uma abordagem de design composto para tornar outros materiais 2D menos quebradiços e menos delicados.

"Este design exclusivo evita que rachaduras se propaguem facilmente, permitindo que o material absorva mais energia antes de quebrar," disse Shin.

Aparato de teste que permitiu confirmar a tenacidade do novo material monoatômico.
[Imagem: Bongki Shin et al. - 10.1016/j.matt.2025.102000]

Carbono amorfo monocamada

Os materiais 2D - ou monoatômicos, ou monocamadas - têm brilhado nos laboratórios, onde permitiram inovações transformadoras em vários campos, desde eletrônicos mais rápidos e eficientes até o armazenamento de energia de alta capacidade, sensores avançados e tecnologias vestíveis.

Mas as aplicações no mundo real continuam na agenda devido sobretudo à sua fragilidade, o que torna difícil fabricá-los em primeiro lugar. Assim, um modo de contornar sua fragilidade é algo promissor para colocar as propriedades extraordinárias desses materiais em uso fora dos laboratórios.

Para tornar os nanomateriais 2D mais resistentes - o termo técnico mais adequado neste caso é aumentar sua tenacidade - pode-se adicionar nanoestruturas de reforço aos filmes finos, um método descrito como "resistência extrínseca", ou introduzir modificações dentro do plano do material, ou "resistência intrínseca".

A estrutura no plano do CAM ofereceu um estudo de caso ideal para testar a tenacidade à fratura de nanocompósitos com regiões ordenadas (cristalinas) incorporadas dentro de uma matriz desordenada (amorfa). Observações sob o microscópio eletrônico e simulações computadorizadas comprovaram a tenacidade extraordinária do carbono amorfo monocamada.

"Isso não tinha sido feito antes porque criar e gerar imagens de um material ultrafino e desordenado na escala atômica é extremamente desafiador," disse o professor Yimo Han. "No entanto, graças aos avanços recentes na síntese de nanomateriais e imagens de alta resolução, fomos capazes de descobrir uma nova abordagem para tornar materiais 2D mais resistentes sem adicionar camadas extras."

Mais tópicos