Descoberta rota para fabricar diamantes flexveis

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Materiais Avanados

Redação do Site Inovação Tecnológica – 04/03/2022

Descoberta rota para fabricar diamantes flex

Concepo artstica mostrando como a sntese guiada de nanofios de diamante ocorre quando o material de partida comprimido entre as pontas de dois diamantes, um instrumento conhecido como bigorna de diamante.
[Imagem: Samuel Dunning]

Nanofios de diamante

Um material to duro e resistente quanto o diamante, mas flexvel e moldvel quanto um plstico?

O sonho antigo, mas Samuel Dunning e uma equipe da Instituio Carnegie para Cincia, nos EUA, podem ter aberto o caminho para tornar realidade esses verdadeiros elsticos de diamante.

Dunning desenvolveu uma tcnica original que prev e orienta a criao ordenada de nanofios – ou nanofibras – de carbono, fortes porm flexveis, superando vrios empecilhos identificados anteriormente por outras equipes.

Nanofios so materiais unidimensionais, na escala dos nanmetros, compostos de uma espinha dorsal de um elemento, tipicamente formada atravs da compresso de pequenas molculas sob altas presses. J foram sintetizadas vrias nanofibras de hidrocarbonetos, mas ningum havia conseguido ainda fabric-las com preciso e consistncia.

Os chamados nanofios de diamante – novamente, h quem prefira nanofibras de diamante – so cadeias ultrafinas de tomos de carbono, criadas comprimindo-se anis de carbono para formar o mesmo tipo de ligao qumica que torna o diamante o material natural mais duro do nosso planeta.

No entanto, em vez da estrutura de carbono 3D encontrada em um diamante normal, as bordas desses fios so “tampadas” com ligaes carbono-hidrognio, que tornam toda a estrutura flexvel. “Como os nanofios s tm essas ligaes em uma direo, eles podem dobrar e flexionar de maneiras que os diamantes normais no podem,” explicou Dunning.

Descoberta rota para fabricar diamantes flex

A primeira e a ltima imagens mostram que houve uma mudana de cor permanente entre as amostras aps a formao dos fios. As imagens no mostram fios individuais, mas amostras “em massa” de piridazina durante a compresso, cada uma com cerca de 40 micrmetros de espessura e 180 micrmetros de dimetro.
[Imagem: Samuel Dunning]

Sntese dos nanofios de diamante

Um dos maiores desafios fazer com que os tomos de carbono reajam de maneira previsvel. Em nanofios feitos de benzeno e outros anis de seis tomos, cada tomo de carbono pode sofrer reaes qumicas com diferentes vizinhos. Isso leva a muitas reaes possveis competindo umas com as outras e muitas configuraes diferentes de nanofios. Essa incerteza um dos maiores obstculos que os cientistas enfrentam para sintetizar nanofios com estruturas qumicas precisas.

Dunning descobriu que adicionar nitrognio ao anel, no lugar do carbono, ajuda a guiar a reao por um caminho previsvel. Ele escolheu comear com piridazina, um anel de seis tomos composto de quatro carbonos e dois nitrognios. Os dois nitrognios diminuem drasticamente o nmero de possveis reaes ao reduzir os locais onde essas reaes podem ocorrer.

Uma simulao de computador ajudou a entender como as molculas de piridazina se comportavam quando submetidas a alta presso, permitindo selecionar os nveis ideais de compresso a que o precursor deveria ser submetido. Foi ento uma questo de levar o material para uma bigorna de diamante e fazer os experimentos.

“Nossa via de reao produz um nanofio incrivelmente ordenado,” contou Dunning. “A capacidade de incorporar outros tomos na espinha dorsal do nanofio, guiar a reao e entender o ambiente qumico do nanofio economizar aos pesquisadores um tempo inestimvel no desenvolvimento da tecnologia de nanofios”.

Testes e utilizaes

Agora que essa estratgia de sntese foi descoberta, Dunning planeja identificar e testar os muitos possveis precursores de carbono capazes de gerar nanofios.

E, claro, testar cada um deles: “Agora que sabemos que podemos fazer esse material, precisamos comear a fazer o bastante para aprender o suficiente para determinar suas propriedades mecnicas, pticas e eletrnicas.”

Os cientistas preveem que as propriedades nicas dos nanofios de diamante tero uma gama de aplicaes teis, desde a criao de tecidos ultrarresistentes at os longamente sonhados elevadores espaciais, para substituir os foguetes.

Bibliografia:

Artigo: Solid-State Pathway Control via Reaction-Directing Heteroatoms: Ordered Pyridazine Nanothreads through Selective Cycloaddition
Autores: Samuel G. Dunning, Li Zhu, Bo Chen, Stella Chariton, Vitali B. Prakapenka, Maddury Somayazulu, Timothy A. Strobel
Revista: Journal of the American Chemical Society
Vol.: 144, 5, 2073-2078
DOI: 10.1021/jacs.1c12143

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