p Os cientistas identificaram um caminho químico para um nanomaterial isolante inovador que pode levar à produção industrial em grande escala para uma variedade de usos - incluindo em trajes espaciais e veículos militares. O nanomaterial - milhares de vezes mais fino que um cabelo humano, mais forte do que o aço e não combustível - poderia bloquear a radiação para os astronautas e ajudar a escorar a blindagem do veículo militar, por exemplo. p Pesquisadores colaboradores do Laboratório de Física do Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE) propuseram uma via química passo a passo para os precursores deste nanomaterial, conhecido como nanotubos de nitreto de boro (BNNT), o que poderia levar à sua produção em grande escala.

p "Trabalho pioneiro"

p O avanço reúne física de plasma e química quântica e faz parte da expansão da pesquisa no PPPL. “É um trabalho pioneiro que leva o Laboratório a novos rumos, "disse o físico do PPPL Igor Kaganovich, investigador principal do projeto BNNT e coautor do artigo que detalha os resultados na revista Nanotecnologia .

p Os colaboradores identificaram as principais etapas da via química como a formação de nitrogênio molecular e pequenos aglomerados de boro, que podem reagir quimicamente conforme a temperatura criada por um jato de plasma esfria, disse o autor principal, Yuri Barsukov, da Universidade Politécnica Pedro, o Grande, de São Petersburgo. Ele desenvolveu as vias de reação química realizando simulações de química quântica com a ajuda de Omesh Dwivedi, um estagiário PPPL da Drexel University, e Sierra Jubin, um aluno de pós-graduação no Programa de Princeton em Física de Plasmas.

p A equipe interdisciplinar incluiu Alexander Khrabry, um ex-pesquisador PPPL agora no Laboratório Nacional Lawrence Livermore que desenvolveu um código termodinâmico usado nesta pesquisa, e o físico do PPPL Stephane Ethier, que ajudou os alunos a compilar o software e configurar as simulações.

p Os resultados resolveram o mistério de como o nitrogênio molecular, que tem a segunda ligação química mais forte entre as diatômicas, ou moléculas de átomo duplo, pode, no entanto, quebrar por meio de reações com boro para formar várias moléculas de nitreto de boro, Kaganovich disse. "Passamos um tempo considerável pensando em como obter compostos de nitreto de boro de uma mistura de boro e nitrogênio, "disse ele." O que descobrimos foi que pequenos aglomerados de boro, em oposição a gotículas de boro muito maiores, interagir prontamente com as moléculas de nitrogênio. É por isso que precisávamos de um químico quântico para fazer os cálculos detalhados da química quântica conosco. "

p BNNTs têm propriedades semelhantes aos nanotubos de carbono, que são produzidos por tonelada e encontrados em tudo, desde artigos esportivos e roupas esportivas a implantes dentários e eletrodos. Mas a maior dificuldade de produção de BNNTs tem limitado suas aplicações e disponibilidade.

p Via química

p A demonstração de uma via química para a formação de precursores de BNNT pode facilitar a produção de BNNT. O processo de síntese de BNNT começa quando os cientistas usam um 10, Jato de plasma de 000 graus para transformar boro e gás nitrogênio em plasma consistindo de elétrons livres e núcleos atômicos, ou íons, incorporado em um gás de fundo. Isso mostra como o processo se desenrola:

• O jato evapora o boro enquanto o nitrogênio molecular permanece praticamente intacto;
• O boro se condensa em gotículas à medida que o plasma esfria;
• As gotas formam pequenos aglomerados à medida que a temperatura cai para alguns milhares de graus;
• O próximo passo crítico é a reação do nitrogênio com pequenos grupos de moléculas de boro para formar cadeias de boro-nitrogênio;
• As cadeias crescem mais ao colidirem umas com as outras e se dobram em precursores de nanotubos de nitreto de boro.

p "Durante a síntese de alta temperatura, a densidade de pequenos aglomerados de boro é baixa, "Barsukov disse." Este é o principal obstáculo à produção em grande escala. "

p As descobertas abriram um novo capítulo na síntese de nanomateriais BNNT. “Depois de dois anos de trabalho, encontramos o caminho, "Kaganovich disse." À medida que o boro se condensa, forma grandes aglomerados com os quais o nitrogênio não reage. Mas o processo começa com pequenos aglomerados com os quais o nitrogênio reage e ainda há uma porcentagem de pequenos aglomerados conforme as gotas crescem, " ele disse.

p “A beleza deste trabalho, " ele adicionou, "é que, como tínhamos especialistas em plasma e mecânica dos fluidos e química quântica, poderíamos passar por todos esses processos juntos em um grupo interdisciplinar. Agora, precisamos comparar os resultados possíveis de BNNT de nosso modelo com os experimentos. Essa será a próxima etapa da modelagem . "