Gustavo Raskoksy / Rice University
Uma equipa de investigadores criou carbono amorfo em monocamada, que aumenta a resistência e duração dos materiais 2D e pode ser bastante útil na área da eletrónica e dos sensores.
Um novo material à base de carbono, o carbono amorfo monocamada (MAC), está a revolucionar o campo da ciência dos materiais ao aumentar significativamente a resistência dos materiais 2D.
De acordo com um estudo publicado na Matter por investigadores da Universidade Rice, da Universidade Nacional de Singapura (NUS) e do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), o MAC é oito vezes mais resistente do que o grafeno, o que o torna um candidato promissor para aplicações em eletrónica, armazenamento de energia e sensores avançados, explica o SciTech Daily.
Durante anos, os cientistas de materiais enfrentaram o desafio de equilibrar a força e a resistência em materiais 2D. Embora o grafeno seja um dos materiais mais fortes que se conhecem, a sua fragilidade torna-o suscetível a fraturas súbitas quando se formam fissuras. O MAC, no entanto, apresenta uma capacidade única de resistir à propagação de fissuras, o que o torna muito mais resistente sob tensão.
O segredo da maior resistência da MAC reside na sua estrutura composta, que integra regiões cristalinas e amorfas. Ao contrário da estrutura hexagonal perfeitamente ordenada do grafeno, a estrutura do MAC impede que as fissuras se espalhem facilmente, permitindo-lhe absorver mais energia antes de se partir.
“Este design único impede que as fissuras se propaguem facilmente, permitindo que o material absorva mais energia antes de se partir”, explicou Bongki Shin, autor principal e estudante de pós-graduação em ciência dos materiais e nanoengenharia.
Para aumentar a resistência dos materiais 2D, os investigadores utilizam normalmente duas estratégias: a resistência extrínseca, que envolve a adição de nanoestruturas de reforço, e a resistência intrínseca, que modifica a estrutura interna do material.
A estrutura composta in-plane do MAC exemplifica a última abordagem, demonstrando que a incorporação de regiões cristalinas ordenadas numa matriz amorfa desordenada pode melhorar drasticamente a resistência à fratura.
A equipa de investigação utilizou imagens e simulações avançadas para compreender as propriedades únicas do MAC. Os cientistas da Universidade de Rice realizaram testes de tração in situ dentro de um microscópio, o que lhes permitiu observar a formação e propagação de fissuras em tempo real.
Entretanto, os investigadores do MIT utilizaram simulações de dinâmica molecular para analisar a forma como a estrutura atómica do MAC influencia a sua energia de fratura.
“Isto não tinha sido feito antes porque criar e visualizar um material ultrafino e desordenado à escala atómica é extremamente difícil”, disse Yimo Han, professor assistente de ciência dos materiais e nanoengenharia.
“No entanto, graças aos recentes avanços na síntese de nanomateriais e imagens de alta resolução, fomos capazes de descobrir uma nova abordagem para tornar os materiais 2D mais resistentes sem adicionar camadas extras.”
As descobertas sugerem que esta abordagem estrutural ao endurecimento pode ser aplicada a outros materiais 2D, abrindo novos caminhos para a conceção de nanomateriais mais fortes e com maior duração.
