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Nova Forma do Carbono é mais Forte do que Grafeno e Diamante

Químicos calcularam que correntes com átomos de carbono conectados por ligações duplas ou triplas, conhecidas como carbino, devem ser mais fortes e mais rígidas do que qualquer material conhecido.

The Physics arXiv Blog 19/08/2013

O sexto elemento, carbono, nos deu uma abundância impressionante de materiais extraordinários. Uma vez existia simplesmente o carbono, grafite e diamante. Mas nos últimos anos os químicos acrescentaram fulerenos, nanotubos e um grande número de formas exóticas criadas a partir de grafeno, o equivalente molecular do arame.

Por isso, é difícil de acreditar que o carbono tenha mais surpresas na manga. E ainda assim hoje, Mingjie Liu e amigos da Universidade de Rice, em Houston calculam as propriedades de uma outra forma de carbono que é mais forte, mais dura e mais exótica do que qualquer coisa que os químicos já tenham visto.

O novo material é chamado de carbino. É uma cadeia de átomos de carbono que estão conectados ou por ligações triplas e simples alternadas ou por ligações duplas consecutivas.

O carbino é meio misterioso. Astrônomos acreditam ter detectado sua assinatura no espaço interestelar, mas os químicos têm brigando por décadas sobre se eles já haviam criado essas coisas na Terra. Há alguns anos, no entanto, eles sintetizaram cadeias de carbino com até 44 átomos de comprimento em solução.

O pensamento até agora tem sido de que o carbino deve ser extremamente instável. Na verdade, alguns químicos têm calculos que mostram que dois fios de carbino ao entrar em contacto reagiriam de forma explosiva.

No entanto, nanotecnólogos são fascinados com o potencial deste material, pois ele deve ser forte e rígido e, portanto, útil. Mas exatamente o quão forte e quão rígido ninguém tem muita certeza.

É aqui que entram Liu e seus colaboradores. Esses caras têm calculado desde os primeiros princípios as propriedades brutas do carbino e os resultados rendem uma leitura interessante.

Para começar, eles dizem que o carbino é cerca de duas vezes mais rígido do que o mais duro dos materiais conhecido hoje. Os nanotubos de carbono e o grafema, por exemplo, têm uma rigidez de 4,5 x 10^8 N.m/kg mas o carbino os supera com uma rigidez de cerca de 10^9 N.m/kg.

Igualmente impressionante é a força do novo material. Liu e seus colaboradores calculam que são necessários cerca de 10 nanonewtons para quebrar um único fio de carbino. "Essa força se traduz em uma força específica de 6,0-7,5 × 10^7 N.m/kg, mais uma vez superando significativamente todos os materiais conhecidos, incluindo o grafeno (4,7-5,5 × 10^7 N.m/kg), os nanotubos de carbono (4,3 5,0 × 10^7 N.m/kg) e o diamante (2,5-6,5 × 10^7 N.m/kg4)", dizem eles.

Carbino tem outras propriedades interessantes também. Sua flexibilidade é algo entre a de um polímero típico e a de um ADN de cadeia dupla. E quando torcido, ele pode rodar livremente ou se tornam resistentes à torção de acordo com o grupo químico ligado à sua extremidade.

Talvez o mais interessante seja o cálculo de estabilidade do carbino feito pela equipe de Rice. Eles concordam que duas cadeias em contato pode reagir, mas existe uma barreira de ativação que impede que isso aconteça prontamente. "Essa barreira sugere a viabilidade do carbino em fase condensada a temperatura ambiente por dias", eles concluem.

Tudo isso deve aguçar o apetite dos nanotecnólogos que esperam projetar nanomáquinas cada vez mais exóticas, como dispositivos nanoeletrônicos e spintrônicos. Levando em consideração os avanços que estão sendo feitos na fabricação deste material, podemos ser que não tenhamos que esperar tanto até que alguém começe a explorar de verdade as extraordinárias propriedades mecânicas das cadeias carbino.

Ref: arxiv.org/abs/1308.2258: Carbino desde os primeiros princípios: Cadeia de Atomos de C, Uma nanohaste ou uma Nanocorda?

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