p Grafenos tridimensionais desordenados são materiais de carbono presentes nas baterias, filtros de água, máscaras de gás, cerâmicas de alta temperatura, sensores eletroquímicos e isolamento. Eles também têm usos mais especializados, como proteger a sonda solar Parker de queimar ao se aproximar do sol. p Rosalind Franklin, o cientista que mais tarde iria deduzir a geometria helicoidal do DNA, descobriu essa classe de materiais em 1951. A maioria dos materiais que contêm carbono desenvolve pequenas regiões em camadas de grafeno quando aquecidos. Após aquecimento adicional, a milhares de graus, ela descobriu (para sua surpresa) uma relutância completa dos carbonos em se converterem na forma mais estável de grafite de carbono, tornando-o extremamente metaestável.

p As explicações para esta relutância em grafitar centraram-se nas ligações cruzadas dentro da estrutura, estruturas em forma de fita com nós ou empenamento das folhas em geometrias em forma de tigela ou sela. Contudo, experimentos foram incapazes de resolver e combinar essas sugestões em um modelo coerente da nanoestrutura.

p Pesquisadores da Curtin University, Austrália e a Universidade de Cambridge publicaram uma possível solução para o problema de Franklin em Cartas de revisão física . Eles se voltaram para simulações em grande escala usando o supercomputador Pawsey da Austrália para automontar as maiores e mais precisas redes de grafenos 3-D desordenados até hoje.

p Eles desenvolveram uma nova medida para a curvatura global das redes e descobriram que, para todas as densidades, excesso de folhas de grafeno em forma de sela estão presentes. Essas formas de sela são causadas pela integração de anéis de 7 ou 8 membros na rede hexagonal de grafeno. Essa deformação permite que ele se conecte em 3-D e os pesquisadores sugerem que é a causa da resistência do material para se converter em grafite.

p E as pequenas regiões de grafeno em camadas de Franklin? Os pesquisadores descobriram que ao aumentar a densidade do material, as folhas de grafeno se enrolaram como uma escada em espiral. Este parafuso ou defeito de hélice é bem conhecido no grafite, mas não foi sugerido nesses materiais desordenados. Uma variedade de outros defeitos foram descobertos, que resolvem muitos problemas da rede de grafeno sendo curvada e em camadas.

p Esses resultados abrem possibilidades para a compreensão e engenharia de materiais de carbono para aplicações em supercapacitores, fibras de carbono e aplicações de cerâmica de alta temperatura. Contudo, mais trabalho é necessário para confirmar experimentalmente alguns aspectos do modelo.

p Em termos de novos aplicativos, os pesquisadores sugerem que os materiais de carbono podem ser ajustados topologicamente e otimizados para um determinado produto. Por exemplo, e de particular importância industrial para fazer baterias e eletrodos, carbonos desordenados podem ser transformados em grafite (em vez de depender de práticas de mineração insustentáveis).

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p Há uma conexão agradável com o trabalho posterior de Franklin sobre o DNA, pois a solução para seu problema anterior de não grafitizabilidade em materiais de carbono também poderia estar na topologia e na famosa estrutura da hélice.