p De smartphones que se dobram a painéis solares que envolvem as casas, eletrônicos flexíveis podem deixar os consumidores muito felizes. Mas primeiro, alguém tem que descobrir como fazê-los. Uma questão importante é quais materiais são resistentes o suficiente para manter suas propriedades eletrônicas sob tais condições adversas? p A resposta pode estar em materiais 2-D, materiais emergentes que são camadas únicas de átomos. Os materiais 2-D têm propriedades eletrônicas exclusivas, e espera-se que sejam úteis em futuros dispositivos eletrônicos, nanocompósitos, dispositivos médicos, fotovoltaica, termoelétricas e muito mais. Contudo, Os materiais 2-D são frágeis, que tem o potencial de limitar seu uso.

p Na Universidade de Delaware, M. Zubaer Hossain estuda maneiras de controlar a tenacidade e a resistência de materiais 2-D e entender como eles se comportam sob condições de carregamento, como ser esticado, derrubado, ou dobrado. Em um artigo publicado recentemente no Journal of Applied Physics , Hossain, um professor assistente de engenharia mecânica, descreveu novos insights sobre a resistência e tenacidade do nitreto de boro hexagonal de material 2-D, que está sendo investigado para uso em parte porque é um isolante muito bom.

p "Queríamos entender a resistência e a tenacidade desse material frágil e tentar entender o comportamento, força e resistência ao longo de diferentes direções, "disse ele." E o que encontramos nesse trabalho é que eles dependem muito da direção do carregamento. "

p Imagine que você segura um pedaço de papel voltado para baixo à sua frente. Se você puxar os lados direito e esquerdo para fora, o papel não vai dobrar, disse Hossain. Contudo, se você puxar essas bordas para baixo, o papel vai dobrar. "Este mesmo pedaço de papel tem propriedades mecânicas diferentes dependendo da direção em que você o carrega, e a mesma ideia pode ser aplicada a materiais 2-D, "disse ele. Quando as propriedades dependem da direção da carga, o material é anisotrópico.

p Hossain procurou determinar se o nitreto de boro hexagonal é anisotrópico em relação à resistência e tenacidade, e descobri que é. Ele também queria entender como a anisotropia neste material afeta suas propriedades eletrônicas. Se as propriedades eletrônicas mudarem, o resultado pode representar um problema, ou em alguns casos, uma oportunidade - uma funcionalidade totalmente nova que os pesquisadores podem utilizar. De qualquer jeito, os cientistas precisam entender o que está acontecendo para maximizar o uso do material.

p Hossain também examinou o material até o ponto de tensão máxima para determinar se a direção do carregamento afeta a falha.

p “Este trabalho mostra que a resistência ou o carregamento no qual um material começa a falhar depende fortemente da direção do carregamento, ", disse ele. Eles também determinaram onde o material começaria a rachar e como determinar o caminho da rachadura. O caminho é previsto pela direção do carregamento, assim como as outras propriedades.

p Hossain examinou o material em escala atômica - afinal, cada material é apenas uma coleção de átomos ligados por meio de interações eletrônicas.

p "Há uma base atomística por trás dessa resposta diferencial, "disse ele." O arranjo dos átomos é diferente em diferentes direções. "

p As ligações entre os átomos mudam e se sobrepõem, e os elétrons se redistribuem. Esta redistribuição de elétrons depende da direção do carregamento.

p A atividade atômica também ajuda a explicar o que acontece quando o material se quebra. Quando a rachadura começa quebrando um vínculo em escala atômica, o evento pode não ser detectável a partir de medições macroscópicas, devido ao tempo envolvido na propagação do sinal de estresse. Um vínculo rompido pode se autocurar, desde que a tensão que leva ao processo de ruptura pare de aumentar sua intensidade.

p "Os defeitos podem se autocurar se o carregamento estiver correto, mas se você ultrapassar esse ponto crítico, pode não ser mais recuperável, " ele disse.

p A experiência de Hossain em engenharia mecânica permite que ele faça uma abordagem única para essa pesquisa.

p "Normalmente, as propriedades e os mecanismos dos materiais em escala quântica são estudados por físicos ou cientistas de materiais, principalmente em condições de equilíbrio ou indeformadas que estão longe da condição mecânica onde os processos de fratura começam a se nuclear ou se propagar, "disse ele." Nossa pesquisa é interdisciplinar. Nós olhamos para força e resistência, que são disciplinas tradicionais da engenharia mecânica, mas tentamos entender a força e resistência de uma perspectiva da mecânica quântica, o que geralmente não é o caso dos engenheiros mecânicos. Tentamos construir e aplicar análises e ferramentas baseadas na física para revelar mecanismos em nanoescala e identificar seu papel no comportamento mecânico que vemos em escalas de comprimento mais longas. "

p Essas habilidades são cada vez mais importantes à medida que os dispositivos se tornam cada vez mais rápidos e sofisticados e os consumidores exigem produtos mais versáteis.

p "Hoje em dia, precisamos ser capazes de projetar o comportamento no nível eletrônico, " ele disse.