Em química, estrutura é tudo. Compostos com a mesma fórmula química podem ter propriedades diferentes dependendo do arranjo das moléculas de que são feitos. E compostos com fórmulas químicas diferentes, mas com arranjo molecular semelhante, podem ter propriedades semelhantes.



O grafeno e uma forma de nitreto de boro chamada nitreto de boro hexagonal se enquadram no último grupo. O grafeno é composto de átomos de carbono. O nitreto de boro, BN, é composto de átomos de boro e nitrogênio. Embora suas fórmulas químicas sejam diferentes, eles têm uma estrutura semelhante – tão semelhante que muitos químicos chamam o nitreto de boro hexagonal de “grafeno branco”.

O grafeno à base de carbono tem muitas propriedades úteis. É fino, mas forte, e conduz muito bem calor e eletricidade, o que o torna ideal para uso em eletrônica.

Da mesma forma, o nitreto de boro hexagonal tem uma série de propriedades semelhantes ao grafeno que poderiam melhorar a imagem biomédica e a administração de medicamentos, bem como computadores, smartphones e LEDs. Os pesquisadores estudam esse tipo de nitreto de boro há muitos anos.

Mas o nitreto de boro hexagonal não é a única forma útil deste composto.

Como engenheiros de materiais, nossa equipe de pesquisa tem investigado outro tipo de nitreto de boro chamado nitreto cúbico de boro. Queremos saber se a combinação das propriedades do nitreto de boro hexagonal com o nitreto de boro cúbico poderia abrir a porta para aplicações ainda mais úteis.

Hexagonal versus cúbico

O nitreto de boro hexagonal é, como você pode imaginar, moléculas de nitreto de boro dispostas na forma de um hexágono plano. Parece em forma de favo de mel, como o grafeno. O nitreto cúbico de boro tem uma estrutura tridimensional e se parece com um diamante no nível molecular.

O H-BN é fino, macio e utilizado em cosméticos para dar-lhes uma textura sedosa. Não derrete nem se degrada mesmo sob calor extremo, o que também o torna útil em eletrônica e outras aplicações. Alguns cientistas prevêem que poderia ser usado para construir um escudo contra radiação para naves espaciais.

C-BN é duro e resistente. É usado na fabricação de ferramentas de corte e brocas e pode manter sua aresta afiada mesmo em altas temperaturas. Também pode ajudar a dissipar o calor na eletrônica.

Embora o h-BN e o c-BN possam parecer diferentes, quando juntos, a nossa investigação descobriu que têm ainda mais potencial do que qualquer um por si só.

Ambos os tipos de nitreto de boro conduzem calor e podem fornecer isolamento elétrico, mas um, h-BN, é macio e o outro, c-BN, é duro. Então, queríamos ver se eles poderiam ser usados ​​juntos para criar materiais com propriedades interessantes.

Por exemplo, combinar seus diferentes comportamentos poderia tornar um material de revestimento eficaz para aplicações estruturais em altas temperaturas. O C-BN poderia fornecer forte adesão a uma superfície, enquanto as propriedades lubrificantes do h-BN poderiam resistir ao desgaste. Ambos juntos evitariam o superaquecimento do material.

Produzindo nitreto de boro

Esta classe de materiais não ocorre naturalmente, por isso os cientistas devem produzi-la em laboratório. Em geral, o c-BN de alta qualidade tem sido difícil de sintetizar, enquanto o h-BN é relativamente mais fácil de produzir filmes de alta qualidade, usando os chamados métodos de deposição em fase de vapor.

Na deposição em fase de vapor, aquecemos materiais contendo boro e nitrogênio até que evaporem. As moléculas evaporadas são então depositadas em uma superfície, esfriam, unem-se e formam uma fina película de BN.

Nossa equipe de pesquisa trabalhou na combinação de h-BN e c-BN usando processos semelhantes à deposição em fase de vapor, mas também podemos misturar pós dos dois. A ideia é construir um material com a mistura certa de h-BN e c-BN para propriedades térmicas, mecânicas e eletrônicas que possamos ajustar.

Nossa equipe descobriu que a substância composta feita a partir da combinação de ambas as formas de BN tem uma variedade de aplicações potenciais. Quando você aponta um feixe de laser para a substância, ele brilha intensamente. Os pesquisadores poderiam usar essa propriedade para criar telas e melhorar as terapias de radiação na área médica.

Também descobrimos que podemos personalizar o grau de condutividade térmica do material compósito. Isso significa que os engenheiros poderiam usar este composto BN em máquinas que gerenciam calor. O próximo passo é tentar fabricar placas grandes feitas de um compósito h-BN e c-BN. Se feito com precisão, podemos adaptar as propriedades mecânicas, térmicas e ópticas a aplicações específicas.

Na eletrônica, o h-BN poderia atuar como um dielétrico – ou isolante – ao lado do grafeno em certos eletrônicos de baixa potência. Como dielétrico, o h-BN ajudaria a eletrônica a operar com eficiência e a manter sua carga.

O C-BN poderia trabalhar junto com o diamante para criar materiais de banda ultralarga que permitem que dispositivos eletrônicos funcionem com uma potência muito maior. O diamante e o c-BN conduzem bem o calor e, juntos, poderiam ajudar a resfriar esses dispositivos de alta potência, que geram muito calor extra.

O H-BN e o c-BN separadamente podem levar a produtos eletrônicos com desempenho excepcionalmente bom em diferentes contextos – juntos, eles também têm uma série de aplicações potenciais.

Nosso composto BN poderia melhorar os dissipadores de calor e isoladores, e poderia funcionar em máquinas de armazenamento de energia, como supercapacitores, que são dispositivos de armazenamento de energia de carregamento rápido, e baterias recarregáveis.

Continuaremos estudando as propriedades do BN e como podemos utilizá-lo em lubrificantes, revestimentos e superfícies resistentes ao desgaste. O desenvolvimento de formas de aumentar a produção será fundamental para explorar as suas aplicações, desde a ciência dos materiais à electrónica e até à ciência ambiental.

Informações do diário: Nanoletras

Fornecido por The Conversation

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.