Material 10 vezes mais forte que o grafeno derruba teoria de 100 anos

Pesquisadores da Universidade Rice, nos EUA, descobriram um material mais forte que o grafeno. O nitreto de boro hexagonal possui características físicas semelhantes ao irmão da tabela periódica, porém é mais resistente a rachaduras quando submetido a situações de torque e pressão.

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Tanto o grafeno quanto o nitreto de boro possuem redes hexagonais de átomos. No caso do grafeno, todos esses átomos são de carbono, ao contrário do nitreto de boro, em que cada hexágono contém três átomos de boro e três de nitrogênio.

"Nós medimos a resistência à fratura do grafeno há sete anos e, na verdade, ele não é muito resistente quanto a isso. Se houver uma simples rachadura na rede, uma pequena carga será suficiente para quebrar esse material", explica o professor Jun Lou, responsável pelo estudo.

Medindo forças

Enquanto o grafeno tem uma resistência de aproximadamente 130 gigapascals (1 pascal equivale à força de 1 Newton aplicada uniformemente sobre uma superfície de um metro quadrado) e uma elasticidade de 1 terapascal, o nitreto de boro hexagonal possui 100 gigapascals de dureza e 0,8 terapascal de maleabilidade.

Mesmo com esses índices menores, quando os pesquisadores fizeram os primeiros testes em laboratório, eles descobriram que a resistência do nitreto de boro hexagonal é cerca de dez vezes maior do que a do grafeno.

A descoberta vai contra a descrição fundamental da mecânica da fratura, apresentada pela primeira vez pelo engenheiro inglês Alan Arnold Griffith, em 1921. A teoria estabelece que as rachaduras se propagam quando a tensão colocada em um material é maior do que a força que o mantém unido.

Apesar de serem fisicamente idênticos, os dois materiais têm um comportamento completamente diferente quando se trata de rachaduras. No grafeno, uma trinca tende a desenvolver movimentos em zigue-zague direto pela estrutura hexagonal simétrica, sempre de cima para baixo.

Já o nitreto de boro possui uma leve assimetria em sua estrutura hexagonal por causa do contraste de tensões entre o boro e o nitrogênio. Isso faz com que as rachaduras percorram trajetos bifurcados de uma extremidade a outra e é isso que deixa o material muito mais resistente.

"Se a rachadura é ramificada, isso significa que está girando. Se você tem essa trinca de giro, basicamente gasta energia adicional para impulsionar a rachadura. Com isso, você consegue endurecer o material, tornando a propagação da fissura muito mais difícil", afirma o professor Lou.

Aplicações variadas

No futuro, o nitreto de boro hexagonal poderá substituir o grafeno no desenvolvimento de materiais 2D mais flexíveis e eficientes. Suas propriedades de resistência ao calor e estabilidade química são fundamentais para aplicações eletrônicas que exigem precisão e baixo consumo de energia.

Como é mais resistente e maleável que o grafeno, o nitreto de boro hexagonal pode ser usado na fabricação de tecidos eletrônicos, adesivos inteligentes e até implantes medicinais de alta complexidade.

Os pesquisadores esperam conseguir provar as vantagens do material bidimensional longe do laboratório, utilizando o nitreto de boro em dispositivos diferentes. A ideia é torná-lo uma alternativa viável e mais eficiente do que o grafeno para aplicação e produção em grande escala.

Fonte: Nature