Diamante vtreo ultraduro sintetizado pela primeira vez


Materiais Avanados

Redação do Site Inovação Tecnológica – 24/11/2021

Diamante v

Os pesquisadores usaram mltiplas prensas tipo bigorna para transformar o fulereno C60 em vidro de diamante, semelhante ao processo de converso do grafite em diamante.
[Imagem: Yingwei Fei]

Vidro-diamante

Uma equipe internacional e multidisciplinar de pesquisadores conseguiu sintetizar artificialmente uma nova forma ultradura de diamante, j conhecido por ser o material natural mais duro que existe.

Alm de ser o “vidro de carbono” mais duro que se conhece, o novo diamante apresentou tambm a mais elevada condutividade termal entre todos os materiais vtreos, o que o torna um candidato ideal para ferramentas de corte mais durveis.

O carbono incomparvel em sua capacidade de formar estruturas estveis – sozinho ou em combinao com outros elementos. Algumas formas de carbono so altamente organizadas, com redes cristalinas repetidas, como o diamante e o grafeno. Outras so mais desordenadas, uma qualidade denominada amorfa, como o grafite.

O tipo de ligao que mantm um material base de carbono unido determina sua dureza: Por exemplo, o macio grafite tem ligaes bidimensionais, enquanto o duro diamante tem ligaes tridimensionais.

Mas existem tambm outros arranjos, como quando os tomos de carbono se unem para formar esferas, que podem ter at 60 tomos (C60). So os chamados fulerenos, materiais de grande interesse tecnolgico, de tornar o alumnio to duro quanto o ao at incrementar a eletrnica orgnica.

Diamante v

Amostras e estrutura atmica do novo “vidro-diamante”.
[Imagem: Yuchen Shang et al. – 10.1038/s41586-021-03882-9]

Prensando fulerenos para fazer diamante vtreo

Yuchen Shang e seus colegas partiram justamente do carbono na forma C60, tambm conhecida como buckyballs. Colocadas em seis bigornas de carbeto (carbono mais um metal), as amostras foram submetidas a 30 gigapascais – cerca de 450 vezes a presso no ponto mais profundo dos oceanos – e temperaturas acima dos 1.200 C, o que fez as nanoesferas de carbono se transformarem no novo tipo de diamante, chamado diamante paracristalino.

A grande diferena em relao aos diamantes comuns, sejam naturais ou sintticos, que este novo material no cristalino, amorfo, o que o torna na verdade um tipo de vidro – o vidro mais duro que existe at agora. O mais perto que se havia chegado disso foi h cerca de dez anos, com a sintetizao de uma forma hbrida de carbono, tambm mais dura que o diamante.

Devido ao seu ponto de fuso extremamente alto, impossvel usar o prprio diamante como ponto de partida para sintetizar vidros ultraduros, o que explica porque demorou tanto para que este novo material fosse produzido.

“A sntese de um material de carbono amorfo com ligaes tridimensionais tem sido uma meta de longa data. O truque encontrar o material de partida certo para transformar com a aplicao de presso,” disse o professor Yingwei Fei, da Instituio Carnegie para Cincia, nos EUA.

Bibliografia:

Artigo: Ultrahard bulk amorphous carbon from collapsed fullerene
Autores: Yuchen Shang, Zhaodong Liu, Jiajun Dong, Mingguang Yao, Zhenxing Yang, Quanjun Li, Chunguang Zhai, Fangren Shen, Xuyuan Hou, Lin Wang, Nianqiang Zhang, Wei Zhang, Rong Fu, Jianfeng Ji, Xingmin Zhang, He Lin, Yingwei Fei, Bertil Sundqvist, Weihua Wang, Bingbing Liu
Revista: Nature
Vol.: 599, pages 599-604
DOI: 10.1038/s41586-021-03882-9

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