p Um novo modelo matemático ajuda a prever as pequenas mudanças em materiais à base de carbono que podem render propriedades interessantes. p Cientistas da Tohoku University e colegas no Japão desenvolveram um modelo matemático que abstrai os principais efeitos das mudanças nas geometrias do material de carbono e prevê suas propriedades únicas.

p Os detalhes foram publicados na revista Carbono .

p Os cientistas geralmente usam modelos matemáticos para prever as propriedades que podem surgir quando um material é alterado de certas maneiras. Mudando a geometria do grafeno tridimensional (3D), que é feito de redes de átomos de carbono, adicionando produtos químicos ou introduzindo defeitos topológicos, pode melhorar suas propriedades catalíticas, por exemplo. Mas tem sido difícil para os cientistas entender por que isso acontece exatamente.

p O novo modelo matemático, chamada de realização padrão com interação repulsiva (SRRI), revela a relação entre essas mudanças e as propriedades que surgem delas. Ele faz isso usando menos poder computacional do que o modelo típico empregado para esta finalidade, chamada teoria do funcional da densidade (DFT), mas é menos preciso.

p Com o modelo SRRI, os cientistas refinaram outro modelo existente, mostrando as forças de atração e repulsão que existem entre átomos adjacentes em materiais à base de carbono. O modelo SRRI também leva em consideração dois tipos de curvatura em tais materiais:curvaturas locais e curvatura média.

p Os pesquisadores, liderado pelo matemático da Universidade Tohoku Motoko Kotani, usaram seu modelo para prever as propriedades catalíticas que surgiriam quando curvaturas e dopantes locais fossem introduzidos no grafeno 3D. Seus resultados foram semelhantes aos produzidos pelo modelo DFT.

p "A precisão do modelo SRRI mostrou uma concordância qualitativa com os cálculos DFT, e é capaz de filtrar materiais em potencial cerca de um bilhão de vezes mais rápido que o DFT, "diz Kotani.

p Em seguida, a equipe fabricou o material e determinou suas propriedades usando microscopia eletroquímica de células de varredura. Este método pode mostrar uma ligação direta entre a geometria do material e sua atividade catalítica. Ele revelou que os sítios cataliticamente ativos estão nas curvaturas locais.

p "Nosso modelo matemático pode ser usado como uma ferramenta de pré-triagem eficaz para explorar novos materiais de carbono 2-D e 3D para propriedades exclusivas antes de aplicar a modelagem DFT, "diz Kotani." Isso mostra a importância da matemática na aceleração do design de materiais. "

p A próxima equipe planeja usar seu modelo para procurar ligações entre o design de um material e suas propriedades mecânicas e de transporte de elétrons.