p Grafeno, um material que consiste em uma única camada de átomos de carbono, foi apontado como o material mais forte conhecido que existe, 200 vezes mais forte que o aço, mais leve que papel, e com propriedades mecânicas e elétricas extraordinárias. Mas pode cumprir sua promessa? p Cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia dos EUA (Berkeley Lab) desenvolveram a primeira teoria estatística conhecida para a resistência do grafeno policristalino, que é feito com deposição de vapor químico, e descobri que é de fato forte (embora não tão forte quanto o grafeno monocristalino puro), mas mais importante, sua tenacidade - ou resistência à fratura - é bastante baixa. Seu estudo, "Dureza e força do grafeno nanocristalino, "foi publicado recentemente em Nature Communications .

p “Este material certamente tem uma resistência muito elevada, mas tem uma tenacidade particularmente baixa - menor do que o diamante e um pouco maior do que o grafite puro, "disse o cientista do Berkeley Lab, Robert Ritchie." Sua resistência extremamente alta é muito impressionante, mas não podemos necessariamente utilizar essa força, a menos que tenha resistência à fratura. "

p Ritchie, um cientista sênior da Divisão de Ciências de Materiais do Laboratório de Berkeley e um dos principais especialistas em por que os materiais falham, foi co-autor do estudo junto com Ashivni Shekhawat, um Miller Research Fellow em seu grupo. Juntos, eles desenvolveram um modelo estatístico para a tenacidade do grafeno policristalino para melhor compreender e prever falhas no material.

p “É um modelo matemático que leva em consideração a nanoestrutura do material, "Ritchie disse." Descobrimos que a resistência varia com o tamanho do grão até certo ponto, mas o mais importante, este é um modelo que define a resistência à fratura do grafeno. "

p Dureza, a resistência de um material à fratura, e força, a resistência de um material à deformação, são frequentemente propriedades mutuamente incompatíveis. “Um material estrutural tem que ter tenacidade, "Ritchie explicou." Simplesmente não usamos materiais fortes em estruturas críticas - tentamos usar materiais resistentes. Quando você olha para essa estrutura, como um vaso de pressão do reator nuclear, é feito de um aço de resistência relativamente baixa, não é um aço de resistência ultra-alta. Os aços mais duros são usados ​​para fazer ferramentas como uma cabeça de martelo, mas você nunca os usaria para fabricar uma estrutura crítica por causa do medo de uma fratura catastrófica. "

p Como os autores observam em seu artigo, muitas das aplicações de ponta para as quais o grafeno foi sugerido - como telas eletrônicas flexíveis, revestimentos resistentes à corrosão, e dispositivos biológicos - dependem implicitamente de suas propriedades mecânicas para confiabilidade estrutural.

p Embora o grafeno monocristalino puro possa ter menos defeitos, os autores estudaram o grafeno policristalino por ser mais barato e comumente sintetizado com deposição química de vapor. Ritchie conhece apenas uma medição experimental da tenacidade do material.

p "Nossos números eram consistentes com aquele número experimental, "disse ele." Em termos práticos, esses resultados significam que uma bola de futebol pode ser colocada em uma única folha de grafeno monocristalino sem quebrá-la. Que objeto pode ser sustentado por uma folha correspondente de grafeno policristalino? Acontece que uma bola de futebol é muito pesada, e o grafeno policristalino pode suportar apenas uma bola de pingue-pongue. Ainda notável para um material de um átomo de espessura, mas não tão de tirar o fôlego mais. "

p Próximo, Shekhawat e Ritchie estão estudando os efeitos da adição de hidrogênio ao material. "Não sabemos muito sobre a fratura do grafeno, então estamos tentando ver se é sensível a outros átomos, ", disse ele." Estamos descobrindo que as rachaduras crescem mais rapidamente na presença de hidrogênio. "