Difícil, a espuma ultraleve de folhas com a espessura de um átomo pode ser feita em qualquer tamanho e formato por meio de um processo químico inventado na Rice University.

Em imagens microscópicas, a espuma apelidada de "GO-0.5BN" parece um edifício em nanoescala, com pavimentos e paredes que se reforçam. A estrutura é composta por um par de materiais bidimensionais:pisos e paredes de óxido de grafeno que se automontam com o auxílio de plaquetas hexagonais de nitreto de boro.

Os pesquisadores dizem que a espuma pode encontrar uso em componentes estruturais, como supercapacitor e eletrodos de bateria e para absorção de gás, entre outras aplicações.

A pesquisa de uma colaboração internacional liderada pelo cientista de materiais do laboratório Rice, Pulickel Ajayan, é detalhada hoje no jornal online Nature Communications .

O óxido de grafeno (GO) é uma variante do grafeno, a rede hexagonal de átomos de carbono conhecida por sua resistência e condutividade superiores. Pode ser produzido a granel por esfoliação química de grafite oxidada. Nitreto de boro hexagonal (h-BN) parece GO, com o mesmo conjunto de átomos "tela de galinheiro". Um isolante conhecido como "grafeno branco, "O h-BN tem a capacidade de formar interfaces contínuas com o grafeno, o que levou à criação de materiais híbridos interessantes na Rice e em outros lugares.

Soumya Vinod, o estudante de pós-graduação da Rice que co-liderou o projeto, disse que ela e seus colegas esperavam que a adição de h-BN ao óxido de grafeno endurecesse a espuma resultante, mas "o ordenado, estrutura em camadas não era totalmente esperada. "

"Assim que observamos a estrutura, sabíamos que era muito diferente das outras espumas de nanoengenharia relatadas e poderia levar a propriedades muito interessantes, " ela disse.

Essas propriedades incluem a capacidade de lidar com uma grande quantidade de tensão e ainda retornar à sua forma nativa. Isso é notável, Vinod disse, para um material tão leve que uma respiração perdida no laboratório faria voar as pequenas amostras.

Ambos os componentes do novo material começam baratos, pós abundantes. Camadas com espessura de átomo de óxido de grafeno e h-BN são quimicamente esfoliadas a partir dos pós, misturado na proporção adequada com alguns catalisadores químicos e liofilizado. A espuma resultante assume a forma do recipiente e é 400 vezes menos densa que o grafite.

Para teste, Vinod e seus colegas fizeram espumas de óxido de grafeno puro e espumas com h-BN a 25 e 50 por cento em peso. A versão 50 por cento h-BN foi considerada a mais estável mecanicamente, embora ela espere otimizar a mistura - e aumentar o tamanho - com mais experimentação. "Descobrimos que mais concentração de h-BN leva a baixa integridade estrutural, mas ainda temos que otimizar a quantidade certa, " ela disse.

Uma olhada mais de perto na espuma revelou os pisos como folhas automontadas de flocos GO sobrepostos. Plaquetas de reticulação de h-BN foram distribuídas uniformemente por todo o material e mantiveram as folhas juntas.

Amostras do tamanho de uma borracha de lápis foram comprimidas com um ou dois centavos para ver se iriam se recuperar.

As plaquetas h-BN se conectam ao óxido de grafeno e absorvem o estresse de compressão e alongamento, evitando que os pisos GO se desintegrem e melhorando significativamente a estabilidade térmica do material, Vinod disse. As plaquetas também impediram a propagação de fissuras que destruíram amostras com menos ou nenhum h-BN.