Costumamos vê-los incrustados em anéis e outras joias, mas a maioria dos diamantes que saem das minas, cerca de 80%, são conhecidos como ausente e destinam-se a usos que pouco têm a ver com joias. A sua surpreendente dureza torna-os um recurso valioso para os cientistas e para a indústria, que os utiliza para fins tão diversos como o desenvolvimento de ferramentas médicas, o trabalho com rochas ou mesmo a tecnologia espacial. O problema é que obtê-los nem sempre é fácil, nem barato, nem sustentável. Agora, uma equipa de investigadores encontrou a chave para desenvolver uma alternativa sintética: um novo material com uma dureza tão extrema que alguns dizem que irá competir com os diamantes.
Sua descoberta culmina décadas de pesquisa.
Rivalizando com diamantes. A tarefa não foi fácil e levou décadas de trabalho para ser realizada. É por isso que é tão importante o que acaba de ser alcançado pela equipa de cientistas das universidades de Edimburgo, Bayreuth e Linköping que acaba de assinar um estudo sobre ‘Materiais Avançados’. O que conseguiram foi nada mais nada menos do que produzir nitretos de carbono, um material de tal dureza que pode rivalizar com os diamantes e oferece qualidades valiosas para a indústria.
Como recordam os próprios cientistas, os esforços para sintetizá-los datam de três décadas, sem que tenha sido obtida “qualquer evidência inequívoca” da sua existência. Isso é até agora, é claro. A equipe de Edimburgo, Bayreuth e Linköping afirma ter conseguido sintetizar compostos de carbono-nitrogênio e finalmente “desbloquear” o potencial dos nitretos de carbono.
Um experimento extremo. Para conseguir isso, os cientistas tiveram que recriar condições extremas nos seus laboratórios. “Eles submeteram vários precursores de carbono-nitrogênio a pressões incrivelmente altas, entre 70 e 135 gigapascais (GPa), com 100 GPa correspondendo a 1.000.000 de vezes a pressão atmosférica, e os aqueceram acima de 2.000 K em células de bigorna de diamante”, observam.
As amostras foram então submetidas à difração de raios X de cristal único nos aceleradores de partículas ESRF, DESY e APS, na França, Alemanha e EUA, respectivamente. Os resultados revelaram quatro nitretos de carbono, incluindo a composição C3N4. A prova de sua dureza é que, quando submetidos a altas pressões, os cientistas descobriram que deixam vestígios na superfície do diamante.
Porque és importante? Porque a conquista responde a mais de 30 anos de esforços, já que no final da década de 80 se teorizou sobre um composto de carbono e nitrogênio C3N4 com propriedades surpreendentes. E pelo potencial que oferece. Pesquisas sobre as propriedades desses materiais mostram que eles são surpreendentemente duros, com notável resistência à compressão e também possuem alta densidade de energia. Em níveis mais elevados são piezoelétricos, fotoluminescentes e apresentam propriedades ópticas não lineares.
“Espera-se que os nitretos de carbono sintetizados exibam múltiplas funcionalidades excepcionais, além de suas propriedades mecânicas, com potencial para serem materiais de engenharia na mesma categoria do diamante; mas, ao contrário do diamante, eles podem ser facilmente dopados, o que é sempre um problema com o diamante. eletrônica”, explica Natalia Dubrovinskaia, do Laboratório de Cristalografia da Universidade de Bayreuth.
Dureza, sua grande vantagem. Se alguma coisa se destaca pelos nitretos de carbono é pela sua elevada dureza, com um nível de resistência que supera inclusive o nitreto cúbico de boro, o segundo material mais duro depois do diamante. Mecânica Popular especifica que o novo nitreto de carbono atinge uma dureza de 78 ou 86 GPa, dependendo da estrutura cristalina, acima do nitreto cúbico de boro, que fica em torno de 50 ou 55 GPa, mas ainda abaixo da dureza mostrada pelo diamante, com 90 GPa.
Da teoria… Para a prática, que é para onde já olham os investigadores que participaram no estudo e que propõem que o seu avanço “abra as portas à utilização de materiais multifuncionais para fins industriais” que vão desde ferramentas de alta resistência até revestimentos de proteção para veículos ou naves espaciais , painéis solares ou fotodetectores. “Não só se destacam pela sua multifuncionalidade, mas também mostram que fases tecnologicamente relevantes podem ser recuperadas a partir de uma pressão de síntese equivalente às condições encontradas a milhares de quilómetros no interior da Terra”, acrescenta o professor Florian Trybel.
Em Bayreuth também se fala dos seus benefícios em áreas como a ciência dos materiais, a electrónica ou a óptica. “As aplicações potenciais destes nitretos de carbono ultracompressíveis são enormes, uma vez que são semicondutores transparentes de banda larga e possuem fortes propriedades luminescentes, piezoelétricas e ópticas não lineares”, explica a instituição juntamente com uma lista que inclui aplicações aeroespaciais, energéticas ou ambientais. É claro que também tem desafios pela frente: as suas amostras ainda são muito pequenas, apenas alguns micrómetros, e a criação de materiais maiores exigiria condições que tornariam o nitreto de carbono enormemente mais caro.
Imagens: Universität Bayreuth
Em Xataka: Alguém criou um novo material ideal para o Homem de Ferro, mais leve e mais forte que o aço. Seu segredo: vidro