Os nanotubos de carbono são lendários em sua força - pelo menos 30 vezes mais fortes do que o Kevlar anti-bala, segundo algumas estimativas. Quando misturado com polímeros leves, como plásticos e resinas epóxi, os minúsculos tubos reforçam o material, como o vergalhão em um bloco de concreto, promissores materiais leves e fortes para aviões, naves espaciais, carros e até equipamentos esportivos.

Embora tais nanocompósitos de polímero de nanotubo de carbono tenham atraído enorme interesse da comunidade de pesquisa de materiais, um grupo de cientistas agora tem evidências de que um nanotubo diferente - feito de nitreto de boro - poderia oferecer ainda mais resistência por unidade de peso. Eles publicam seus resultados no jornal Cartas de Física Aplicada .

Nitreto de boro, como carbono, pode formar folhas de um átomo de espessura que são enroladas em cilindros para criar nanotubos. Por si só, os nanotubos de nitreto de boro são quase tão fortes quanto os nanotubos de carbono, mas sua vantagem real em um material composto vem da maneira como se aderem fortemente ao polímero.

"O elo mais fraco nesses nanocompósitos é a interface entre o polímero e os nanotubos, "disse Changhong Ke, professor associado do departamento de engenharia mecânica da State University of New York em Binghamton. Se você quebrar um composto, os nanotubos que ficaram para fora têm superfícies limpas, em vez de ter pedaços de polímero ainda presos a eles. A quebra limpa indica que a conexão entre os tubos e o polímero falha, Ke notou.

Arrancando Nanotubos

Ke e seus colegas desenvolveram uma nova maneira de testar a força da ligação nanotubo-polímero. Eles imprensaram nanotubos de nitreto de boro entre duas camadas finas de polímero, com alguns dos nanotubos sobrando. Eles selecionaram apenas os tubos que estavam saindo diretamente do polímero, e então soldou o nanotubo à ponta de uma pequena viga cantilever. A equipe aplicou uma força no feixe e puxou com mais força o nanotubo até que ele foi arrancado do polímero.

Os pesquisadores descobriram que a força necessária para arrancar um nanotubo no início aumentou com o comprimento do nanotubo, mas depois estabilizou. O comportamento é um sinal de que a conexão entre o nanotubo e o polímero está falhando por uma rachadura que se forma e depois se espalha, Disse Ke.

Os pesquisadores testaram duas formas de polímero:epóxi e poli (metacrilato de metila), ou PMMA, que é o mesmo material usado para Plexiglas. Eles descobriram que a interface de nanotubo de nitreto de epóxi-boro era mais forte do que a interface de nanotubo de PMMA. Eles também descobriram que as forças de ligação dos nanotubos de nitreto de boro e polímero eram maiores do que as relatadas para os nanotubos de carbono - 35% maiores para a interface PMMA e aproximadamente 20% maiores para a interface epóxi.

As vantagens dos nanotubos de nitreto de boro

Os nanotubos de nitreto de boro provavelmente se ligam mais fortemente aos polímeros devido à forma como os elétrons estão dispostos nas moléculas, Ke explicou. Em nanotubos de carbono, todos os átomos de carbono têm cargas iguais em seus núcleos, então os átomos compartilham elétrons igualmente. Em nitreto de boro, o átomo de nitrogênio tem mais prótons que o átomo de boro, portanto, ele consome mais elétrons na ligação. A distribuição desigual de carga leva a uma atração mais forte entre o nitreto de boro e as moléculas de polímero, conforme verificado por simulações de dinâmica molecular realizadas pelos colegas de Ke no grupo do Dr. Xianqiao Wang na Universidade da Geórgia.

Os nanotubos de nitreto de boro também têm vantagens adicionais sobre os nanotubos de carbono, Disse Ke. Eles são mais estáveis ​​em altas temperaturas e podem absorver melhor a radiação de nêutrons, ambas as propriedades vantajosas no ambiente extremo do espaço sideral. Além disso, nanotubos de nitreto de boro são piezoelétricos, o que significa que eles podem gerar uma carga elétrica quando esticados. Esta propriedade significa que o material oferece captação de energia, bem como capacidades de detecção e atuação.

A principal desvantagem dos nanotubos de nitreto de boro é o custo. Atualmente, eles são vendidos por cerca de US $ 1, 000 por grama, em comparação com os US $ 10-20 por grama de nanotubos de carbono, Disse Ke. Ele está otimista de que o preço vai cair, no entanto, observando que os nanotubos de carbono eram igualmente caros quando foram desenvolvidos.

"Acho que os nanotubos de nitreto de boro são o futuro para a fabricação de compósitos poliméricos para a indústria aeroespacial, " ele disse.