p Pela primeira vez, cientistas descobriram como produzir "nanofios de diamante" ultrafinos que prometem propriedades extraordinárias, incluindo resistência e rigidez maiores do que os nanotubos e polímeros mais fortes de hoje. Um artigo que descreve esta descoberta por uma equipe de pesquisa liderada por John V. Badding, professor de química na Penn State University, será publicado na edição de 21 de setembro de 2014 da revista Materiais da Natureza . p "Do ponto de vista da ciência fundamental, nossa descoberta é intrigante porque os fios que formamos têm uma estrutura que nunca foi vista antes, "Badding disse. O núcleo do nanothreads que a equipe de Badding fez é um longo, fita fina de átomos de carbono dispostos como a unidade fundamental da estrutura de um diamante - anéis de "ciclohexano" em zigue-zague de seis átomos de carbono unidos, em que cada carbono é rodeado por outros na forte forma de pirâmide triangular de um tetraedro. "É como se um joalheiro incrível tivesse amarrado os menores diamantes possíveis em um longo colar em miniatura, "Badding disse." Porque este fio é diamante no coração, esperamos que venha a ser extraordinariamente rígido, extraordinariamente forte, e extraordinariamente útil. "

p A descoberta da equipe vem depois de quase um século de tentativas fracassadas de outros laboratórios para comprimir moléculas separadas contendo carbono, como o benzeno líquido, em um nanomaterial semelhante a diamante. "Usamos o grande dispositivo de alta pressão Paris-Edimburgo no Laboratório Nacional de Oak Ridge para comprimir uma quantidade de benzeno de 6 milímetros de largura - uma quantidade gigantesca em comparação com experimentos anteriores, "disse Malcolm Guthrie da Carnegie Institution for Science, co-autor do artigo de pesquisa. "Descobrimos que liberar lentamente a pressão após compressão suficiente à temperatura ambiente normal deu aos átomos de carbono o tempo necessário para reagir entre si e se conectar em uma cadeia altamente ordenada de tetraedros de carbono de arquivo único, formando esses nanotampos com núcleo de diamante. "

p A equipe de Badding é a primeira a persuadir moléculas contendo átomos de carbono para formar a forma de tetraedro forte, em seguida, ligue cada extremidade do tetraedro para formar uma longa, nanothread fino. Ele descreve a largura do fio como fenomenalmente pequena, apenas alguns átomos de diâmetro, centenas de milhares de vezes menor do que uma fibra óptica, enormemente mais fino que um cabelo humano médio. "A teoria do nosso co-autor Vin Crespi sugere que esta é potencialmente a mais forte, o material mais rígido possível, ao mesmo tempo que é leve, " ele disse.

p A molécula que eles comprimiram é o benzeno - um anel plano contendo seis átomos de carbono e seis átomos de hidrogênio. O nanofio de núcleo de diamante resultante é cercado por um halo de átomos de hidrogênio. Durante o processo de compressão, o relatório dos cientistas, as moléculas planas de benzeno empilham-se, dobrar, e se separar. Então, conforme os pesquisadores lentamente liberam a pressão, os átomos se reconectam de uma maneira totalmente diferente, mas muito ordenada. O resultado é uma estrutura que tem carbono na configuração tetraédrica de diamante com hidrogênios pendurados nas laterais e cada tetraedro ligado a outro para formar um longo, afinar, nanothread.

p "É realmente surpreendente que esse tipo de organização aconteça, "Badding disse." Que os átomos das moléculas de benzeno se liguem à temperatura ambiente para fazer um fio é chocante para químicos e físicos. Considerando os experimentos anteriores, nós pensamos que, quando a molécula de benzeno se quebra sob pressão muito alta, seus átomos querem se agarrar a outra coisa, mas não podem se mover porque a pressão remove todo o espaço entre eles. Este benzeno então se torna altamente reativo para que, quando liberamos a pressão muito lentamente, ocorre uma reação de polimerização ordenada que forma o nanofio de núcleo de diamante. "

p Os cientistas confirmaram a estrutura de seus nanofios de diamante com uma série de técnicas na Penn State, Oak Ridge, Arizona State University, e a Carnegie Institution for Science, incluindo difração de raios-X, difração de nêutrons, Espectroscopia Raman, cálculos de primeiro princípio, microscopia eletrônica de transmissão, e ressonância magnética nuclear de estado sólido (NMR). Partes desses primeiros nanofios de diamante parecem ser um pouco menos do que perfeitas, portanto, melhorar sua estrutura é uma meta contínua do programa de pesquisa de Badding. Ele também quer descobrir como fazer mais deles. "As altas pressões que usamos para fazer o primeiro material de nanofios de diamante limitam nossa capacidade de produção a apenas alguns milímetros cúbicos por vez, então ainda não estamos fazendo o suficiente para ser útil em escala industrial, "Badding disse." Uma das nossas metas científicas é remover essa limitação, descobrindo a química necessária para fazer esses nanofios de diamante em condições mais práticas. "

p O nanofio também pode ser o primeiro membro de uma nova classe de nanomateriais semelhantes a diamante com base em um núcleo tetraédrico forte. "Nossa descoberta de que podemos usar o alinhamento natural das moléculas de benzeno para guiar a formação desse novo material de nanofios de diamante é realmente interessante porque abre a possibilidade de fazer muitos outros tipos de moléculas baseadas em carbono e hidrogênio, "Badding disse." Você pode anexar todos os tipos de outros átomos em torno de um núcleo de carbono e hidrogênio. O sonho é poder adicionar outros átomos que seriam incorporados ao nanofio resultante. Ao pressurizar qualquer líquido que projetamos, podemos ser capazes de fazer um grande número de materiais diferentes. "

p Os aplicativos em potencial que mais interessam ao Badding são aqueles que seriam amplamente aprimorados se tivessem um recurso extremamente forte, rígido, e materiais leves - especialmente aqueles que podem ajudar a proteger a atmosfera, incluindo mais leve, mais eficiente em termos de combustível, e, portanto, veículos menos poluentes. "Um dos nossos sonhos mais loucos para os nanomateriais que estamos desenvolvendo é que eles possam ser usados ​​para tornar os superfortes, cabos leves que possibilitariam a construção de um "elevador espacial", que até agora existia apenas como uma ideia de ficção científica, "Badding disse.