Segundo pesquisadores da Universidade Rice em Houston, nos Estados Unidos, um novo material chamado nitreto de boro hexagonal (h-BN), descoberto em parceria com cientistas da Universidade Tecnológica de Nanyang, em Singapura, possui propriedades físicas semelhantes às do grafeno. Esse elemento possui uma resistência a fraturas tão grande que surpreendeu até mesmo os cientistas responsáveis pela pesquisa.

A descoberta chega até mesmo a ir contra a descrição fundamental da fratura dos materiais, princípio que tem sido usado pelos cientistas desde a década de 1920 para previsão e definição da resistência dos materiais. “O que observamos neste material é notável”, disse o cientista de materiais da Universidade Rice, Jun Lou, ao Science Alert. “Ninguém esperava ver isso em materiais 2D. É por isso que é tão emocionante”.

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Visão geral de uma amostra de h-BN. Crédito: Rice University

O h-BN tem uma estrutura extremamente semelhante à do grafeno, já que ambos são materiais que consistem em redes hexagonais de átomos. Porém, no grafeno, esses átomos são de carbono.

Mais forte que o esperado

As ligações carbono-carbono estão entre as mais fortes encontradas na natureza. Sendo assim, o esperado é que o grafeno seja muito mais resistente que o h-BN.

No geral, é isso que realmente acontece, ambos têm valores de resistência e elasticidade bastante semelhantes. Porém, os valores dos h-BNs são ligeiramente mais baixos. O grafeno também tem baixa resistência a rachaduras, ou seja, é extremamente frágil.

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“Medimos a resistência à fratura do grafeno há sete anos e, na verdade, ele não é muito resistente”, explicou Lou . “Se houver uma rachadura na rede de átomos, uma pequena carga quebrará esse material”, completou ele.

A princípio os pesquisadores pensaram que, como as propriedades do h-BN eram semelhantes às do grafeno, sua fragilidade também seria. Porém, quando foram realizados os testes, eles descobriram que a resistência à fratura do h-BN é dez vezes maior do que a do grafeno.

Por que tão forte?

Comparação entre as fissuras em uma amostra de grafeno em comparação com uma de h-BN. Crédito: Rice University

Para descobrir a razão disso, a equipe analisou amostras de h-BN com auxílio de um microscópio eletrônico para observar nos menores detalhes possíveis como as rachaduras ocorrem. E, depois de mais de 1.000 horas de experimentação e análise de acompanhamento, eles conseguiram descobrir que os dois materiais, apesar de semelhantes, não são exatamente iguais.

No grafeno, uma rachadura tende a ziguezaguear de cima para baixo, já no h-BN, as fissuras tendem a se bifurcar, o que torna o material muito mais resistente. Se a rachadura é ramificada, isso significa que está girando”, explicou Lou. “Isso gasta energia adicional para impulsionar a rachadura. Então, você efetivamente endureceu seu material tornando muito mais difícil a propagação”.

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Essa capacidade tem implicações para o desenvolvimento de materiais 2D flexíveis e aplicáveis na eletrônica, por exemplo. O h-BN, inclusive, tem uma série de propriedades que o tornam um excelente prospecto para aplicações na eletrônica, já que possui resistência ao calor e estabilidade química. Portanto, isso poderia fornecer uma nova maneira de desenvolver tecnologias como roupas inteligentes, tatuagens eletrônicas e até implantes.

O grafeno é o material mais fino conhecido; isso se deve ao fato de possuir apenas uma camada atômica. Ele possui ótimas propriedades físicas, ópticas e mecânicas: leve, flexível e resistente. Por isso, é comumente utilizado na fabricação de telas transparentes sensíveis ao toque, mas também na indústria aeroespacial e na biomedicina. Além disso, o grafeno pode impulsionar o mercado de veículos elétricos por conta de suas propriedades eletrônicas, fazendo com que as baterias se carreguem mais rapidamente.

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