O site do Prêmio Nobel mostra um gato descansando em uma rede de grafeno. Embora fictício, a imagem captura a emoção em torno do grafeno, que, com um átomo de espessura, está entre os materiais mais finos e fortes já produzidos.

Um obstáculo significativo para a realização do potencial do grafeno está na criação de uma superfície grande o suficiente para suportar um gato dormindo teórico. Por enquanto, os cientistas do material unem folhas individuais de grafeno para criar folhas grandes o suficiente para investigar possíveis aplicações. Assim como costurar remendos de tecido juntos pode criar fraquezas onde remendos individuais se encontram, defeitos podem enfraquecer os "limites de grão" onde as folhas de grafeno são costuradas - pelo menos foi o que os engenheiros pensaram.

Agora, engenheiros da Brown University e da University of Texas – Austin descobriram que os limites dos grãos não comprometem a resistência do material. Os limites dos grãos são tão fortes, na verdade, que as folhas são quase tão fortes quanto o grafeno puro. O truque, eles escrevem em um artigo publicado em Ciência , encontra-se nos ângulos em que as folhas individuais são costuradas.

“Quando você tem mais defeitos, você espera que a força seja comprometida, "disse Vivek Shenoy, professor de engenharia e autor correspondente do artigo, "mas aqui é exatamente o oposto."

A descoberta pode impulsionar o desenvolvimento de folhas maiores de grafeno para uso em eletrônica, óptica e outras indústrias.

O grafeno é uma superfície bidimensional composta de átomos de carbono fortemente ligados em uma ordem quase livre de erros. A unidade básica desse padrão de rede consiste em seis átomos de carbono unidos quimicamente. Quando uma folha de grafeno é unida a outra folha de grafeno, alguns desses hexágonos de seis carbonos tornam-se ligações de sete carbonos - heptágonos. Os pontos onde ocorrem os heptágonos são chamados de "ligações críticas".

Os laços críticos, localizado ao longo dos limites de grãos, foram considerados os elos fracos do material. Mas quando Shenoy e Rassin Grantab, um estudante de graduação do quinto ano, analisou quanta resistência é perdida nos limites do grão, eles aprenderam algo diferente.

"Acontece que esses limites de grãos podem, em alguns casos, seja tão forte quanto o grafeno puro, "Shenoy disse.

Os engenheiros então começaram a descobrir por quê. Usando cálculos atomísticos, eles descobriram que a inclinação do ângulo em que as folhas se encontram - os limites dos grãos - influenciava a resistência geral do material. A orientação ideal produzindo as folhas mais fortes, eles relatam, é de 28,7 graus para lençóis com padrão de poltrona e 21,7 graus para lençóis com layout em zigue-zague. Esses são chamados de limites de grão de grande ângulo.

Os limites dos grãos de grande ângulo são mais fortes porque as ligações nos heptágonos são mais próximas em comprimento às ligações naturalmente encontradas no grafeno. Isso significa que, em limites de grão de grande ângulo, as ligações nos heptágonos são menos tensas, o que ajuda a explicar por que o material é quase tão forte quanto o grafeno puro, apesar dos defeitos, Shenoy disse.

“É a forma como os defeitos são arranjados, "Shenoy disse." O limite de grãos pode acomodar melhor os heptágonos. Eles estão mais relaxados. "