Os cientistas resolveram um quebra-cabeça de décadas e revelaram uma substância quase inquebrável que poderia rivalizar com o diamante como o material mais duro da Terra. A pesquisa foi publicada na revista Advanced Materials .



Os pesquisadores descobriram que quando os precursores de carbono e nitrogênio foram submetidos a calor e pressão extremos, os materiais resultantes – conhecidos como nitretos de carbono – eram mais resistentes do que o nitreto cúbico de boro, o segundo material mais duro depois do diamante.

A inovação abre portas para materiais multifuncionais a serem utilizados para fins industriais, incluindo revestimentos protetores para carros e naves espaciais, ferramentas de corte de alta resistência, painéis solares e fotodetectores, dizem os especialistas.

Os investigadores de materiais têm tentado desbloquear o potencial dos nitretos de carbono desde a década de 1980, quando os cientistas notaram pela primeira vez as suas propriedades excepcionais, incluindo a elevada resistência ao calor.

No entanto, após mais de três décadas de investigação e múltiplas tentativas para sintetizá-los, não foram relatados resultados credíveis.

Agora, uma equipa internacional de cientistas – liderada por investigadores do Centro de Ciência em Condições Extremas da Universidade de Edimburgo e por especialistas da Universidade de Bayreuth, na Alemanha, e da Universidade de Linköping, na Suécia – conseguiu finalmente um avanço.

A equipa submeteu várias formas de precursores de azoto carbono a pressões entre 70 e 135 gigapascais – cerca de 1 milhão de vezes a nossa pressão atmosférica – enquanto os aquecia a temperaturas superiores a 1.500°C.

Para identificar o arranjo atômico dos compostos nessas condições, as amostras foram iluminadas por um intenso feixe de raios X em três aceleradores de partículas - o Centro Europeu de Pesquisa Síncrotron na França, o Deutsches Elektronen-Synchrotron na Alemanha e a Fonte Avançada de Fótons com sede em os Estados Unidos.

Os pesquisadores descobriram que três compostos de nitreto de carbono possuem os blocos de construção necessários para superdureza.

Notavelmente, todos os três compostos mantiveram suas qualidades semelhantes às do diamante quando retornaram às condições de pressão e temperatura ambiente.

Cálculos e experimentos adicionais sugerem que os novos materiais contêm 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.

"Após a descoberta do primeiro desses novos materiais de nitreto de carbono, ficamos incrédulos por termos produzido materiais com os quais os pesquisadores sonhavam nas últimas três décadas. Esses materiais fornecem um forte incentivo para preencher a lacuna entre a síntese de materiais de alta pressão e as aplicações industriais, " diz o Dr. Dominique Laniel.

"Estes materiais não são apenas excelentes na 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 quilómetros no interior da Terra. Acreditamos fortemente que esta investigação colaborativa abrirá novas possibilidades para o campo", diz o Dr. Florian Trybel.

Mais informações: Dominique Laniel et al, Síntese de nitretos de carbono ultraincompressíveis e recuperáveis ​​com tetraedros CN4, Materiais Avançados (2023). DOI:10.1002/adma.202308030
Informações do diário: Materiais Avançados

Fornecido pela Universidade de Edimburgo