Descoberto material ultraduro que rivaliza com o diamante

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/12/2023

As imagens foram tiradas com diferentes microscópios, iluminação e orientação da bigorna de diamante.
[Imagem: Dominique Laniel et al. - 10.1002/adma.202308030]

Nitretos de carbono

Ao resolver um enigma científico que já durava décadas, Dominique Laniel e seus colegas da Alemanha, Inglaterra e da Suécia criaram uma substância quase inquebrável, capaz de rivalizar com o diamante como o material mais duro da Terra.

Laniel descobriu que, quando os precursores de carbono e nitrogênio são submetidos a calor e pressão extremos, os materiais resultantes - conhecidos como nitretos de carbono - tornam-se mais resistentes do que o nitreto cúbico de boro, o segundo material mais duro depois do diamante.

E não é só dureza: Além de materiais industriais, como revestimentos protetores para carros e naves espaciais e ferramentas de corte de alta resistência, o novo material tem propriedades que permitirão a fabricação de materiais multifuncionais, incluindo painéis solares e fotodetectores.

Os cientistas vinham tentando tirar proveito do potencial dos nitretos de carbono desde a década de 1980, quando os teóricos notaram pela primeira vez suas propriedades excepcionais, incluindo a elevada resistência ao calor. No entanto, após mais de quatro décadas de pesquisas e múltiplas tentativas para sintetizá-los, não haviam sido relatados resultados críveis até agora.

Estrutura dos nitretos de carbono que explicam a superdureza do novo material.
[Imagem: Dominique Laniel et al. - 10.1002/adma.202308030]

Superduro e multifuncional

Para vencer o desafio, os pesquisadores usaram uma bigorna de diamante para submeter várias formas de precursores de carbono e nitrogênio a pressões entre 70 e 135 gigapascais - cerca de um milhão de vezes a nossa pressão atmosférica - ao mesmo tempo aquecendo-os a temperaturas de 1.500 ºC.

Um feixe de raios X de alta intensidade, emitido por um acelerador de partículas, permitiu elucidar o arranjo molecular resultante, comprovando que a superdureza do material se deve à presença de três nitretos de carbono.

Mais interessante ainda, todos os três compostos mantiveram suas qualidades semelhantes às do diamante quando retornaram às condições de pressão e temperatura ambiente. Além disso, experimentos adicionais mostraram que os novos materiais detêm 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.

"Estes materiais não só se destacam pela 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," disse o professor Florian Trybel, da Universidade de Linkoping, na Suécia.

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