p Uma nanoestrutura tridimensional porosa teria um equilíbrio de força, resistência e capacidade de transferir calor que podem beneficiar a nanoeletrônica, armazenamento de gás e materiais compostos que desempenham várias funções, de acordo com engenheiros da Rice University. p Os pesquisadores fizeram essa previsão usando simulações de computador para criar uma série de protótipos 3-D com nitreto de boro, um composto químico feito de átomos de boro e nitrogênio. Suas descobertas foram publicadas online em 14 de julho no Journal of Physical Chemistry C .

p Os protótipos 3-D fundem nanotubos de nitreto de boro unidimensionais e folhas bidimensionais de nitreto de boro.

p "Combinamos os tubos e as folhas para torná-los tridimensionais, oferecendo assim mais funcionalidade, "disse Rouzbeh Shahsavari, professor assistente de engenharia civil e ambiental e de ciência dos materiais e nanoengenharia, que foi coautor do artigo com o estudante de graduação Navid Sakhavand. Na nanoestrutura 3-D, as folhas extremamente finas de nitreto de boro são empilhadas em camadas paralelas, com pilares tubulares de nitreto de boro entre cada camada para manter as folhas separadas.

p Shahsavari observou que nas versões unidimensionais e bidimensionais do nitreto de boro, sempre há um viés nas propriedades direcionais, em direção ao eixo do tubo ou direções no plano, que não é adequado para uso 3-D generalizado em tecnologia e aplicações industriais.

p Por exemplo, um nanotubo unidimensional de nitreto de boro pode ser esticado em cerca de 20 por cento de seu comprimento antes de quebrar, mas o protótipo 3-D de nitreto de boro pode ser esticado em cerca de 45% de seu comprimento sem quebrar.

p Quando os materiais de nitreto de boro unidimensionais ou bidimensionais típicos são esticados em uma direção, eles tendem a encolher nas outras direções perpendiculares. No protótipo 3-D, Contudo, quando o material se estende na direção do plano, também se estende em direções perpendiculares. "Aqui, a junção entre os tubos e as placas tem uma estrutura única em forma de curva que contribui para este fenômeno interessante, conhecido como efeito auxético, "Shahsavari disse.

p As propriedades de transporte térmico do protótipo 3-D também são vantajosas, ele disse. Os tubos unidimensionais de nitreto de boro e as folhas bidimensionais podem transportar calor muito rapidamente, mas apenas em uma ou duas direções. O protótipo 3-D transporta calor relativamente rápido em todas as direções 3-D. "Este recurso é ideal para aplicações que requerem materiais ou revestimentos com capacidade de difusão térmica extremamente rápida para os ambientes. Os exemplos incluem motores de automóveis ou CPUs de computador em que uma rápida transferência de calor para o ambiente é crítica para o funcionamento adequado, "Shahsavari disse.

p O protótipo de nitreto de boro 3-D tem uma estrutura muito porosa e leve. Cada grama dessa estrutura semelhante a um queijo suíço tem uma superfície equivalente a três quadras de tênis. Essa área de superfície alta se presta a aplicações personalizadas. Shahsavari e Sakhavand previram que o protótipo 3-D de nitreto de boro permitiria o armazenamento e separação de gás eficiente, por exemplo, em veículos que funcionam com células de hidrogênio.

p Ao contrário das nanoestruturas baseadas em grafeno, o nitreto de boro é um material eletricamente isolante. Assim, o protótipo de nitreto de boro 3-D tem um potencial para complementar a nanoeletrônica à base de grafeno, incluindo potencial para a próxima geração de semicondutores 3-D e dispositivos de transporte térmico 3-D que poderiam ser usados ​​em calorímetros em nanoescala, processos microeletrônicos e refrigeradores macroscópicos.

p O verdadeiro protótipo de nitreto de boro 3-D ainda precisa ser criado em laboratório, e numerosos esforços já estão em andamento. "Nossas simulações de computador mostram quais propriedades podem ser esperadas dessas estruturas e quais são os principais fatores que controlam sua funcionalidade, "Shahsavari disse.