p Uma cerâmica que se torna mais condutora elétrica sob deformação elástica e menos condutiva sob deformação plástica pode levar a uma nova geração de sensores embutidos em estruturas como edifícios, pontes e aeronaves capazes de monitorar sua própria saúde. p A disparidade elétrica promovida pelos dois tipos de cepa não era óbvia até Rouzbeh Shahsavari, da Rice University, professor assistente de engenharia civil e ambiental e de ciência dos materiais e nanoengenharia, e seus colegas modelaram um novo composto bidimensional, nitreto de grafeno-boro (GBN).

p Sob tensão elástica, a estrutura interna de um material esticado como um elástico não muda. Mas o mesmo material sob tensão plástica - causada, neste caso, por esticá-lo além da elasticidade o suficiente para deformar - distorce sua estrutura cristalina. GBN, acontece que, mostra diferentes propriedades elétricas em cada caso, tornando-o um candidato válido como um sensor estrutural.

p Shahsavari já havia determinado que o nitreto de boro hexagonal - também conhecido como grafeno branco - pode melhorar as propriedades da cerâmica. Ele e seus colegas descobriram que adicionar grafeno os torna ainda mais fortes e versáteis, junto com suas propriedades elétricas surpreendentes.

p A magia está na capacidade de ser bidimensional, grafeno à base de carbono e grafeno branco para se ligarem de várias maneiras, dependendo de suas concentrações relativas. Embora o grafeno e o grafeno branco evitem naturalmente a água, fazendo com que eles se aglomerem, as nanofolhas combinadas se dispersam facilmente em uma pasta durante a fabricação da cerâmica.

p A cerâmica resultante, de acordo com os modelos teóricos dos autores, se tornariam semicondutores sintonizáveis ​​com maior elasticidade, força e ductilidade.

p A pesquisa liderada por Shahsavari e Asghar Habibnejad Korayem, professor assistente de engenharia estrutural na Universidade de Ciência e Tecnologia do Irã e pesquisador na Universidade Monash em Melbourne, Austrália, aparece no jornal American Chemical Society Materiais Aplicados e Interfaces .

p O grafeno é uma forma bem estudada de carbono, conhecida por sua falta de gap - a região que um elétron tem que saltar para tornar um material condutor. Sem diferença de banda, o grafeno é um condutor metálico. Grafeno branco, com sua ampla lacuna de banda, é um isolante. Portanto, quanto maior a proporção de grafeno no composto 2-D, mais condutor será o material.

p Misturado à cerâmica em uma concentração alta o suficiente, o composto 2-D apelidado de GBN formaria uma rede tão condutora quanto a quantidade de carbono na matriz permitir. Isso dá ao composto geral um intervalo de banda ajustável que pode se aplicar a uma variedade de aplicações elétricas.

p "A fusão de materiais 2-D como grafeno e nitreto de boro em cerâmicas e cimentos permite novas composições e propriedades que não podemos alcançar com grafeno ou nitreto de boro por si só, "Shahsavari disse.

p A equipe usou cálculos da teoria funcional da densidade para modelar variações do composto 2-D misturado com tobermorita, um material de hidrato de silicato de cálcio comumente usado como cimento para concreto. Eles determinaram que as ligações oxigênio-boro formadas na cerâmica iriam transformá-la em um semicondutor do tipo p.

p Tobermorite por si só tem um grande gap de cerca de 4,5 elétron-volts, mas os pesquisadores calcularam que, quando misturados com nanofolhas GBN de partes iguais de grafeno e grafeno branco, essa lacuna diminuiria para 0,624 elétron-volts.

p Quando tensionado no regime elástico, a lacuna da banda da cerâmica caiu, tornando o material mais condutor, mas quando esticado além da elasticidade, isto é, no regime de plástico - tornou-se menos condutivo. Essa mudança, os pesquisadores disseram, o torna um material promissor para aplicações de autodetecção e monitoramento de integridade estrutural.

p Os pesquisadores sugeriram outras folhas 2-D com dissulfeto de molibdênio, disseleneto de nióbio ou hidróxidos duplos em camadas podem fornecer oportunidades semelhantes para o projeto ascendente de sintonizáveis, compósitos multifuncionais. "Isso forneceria uma plataforma fundamental para o reforço de cimento e concreto em sua menor dimensão possível, "Shahsavari disse.