Como a ciência inventou um novo e notável desafio

Nathan Hurst

Como você projeta ferramentas industriais que podem superar os dispositivos com ponta de diamante mais resistentes? Fácil: você cria um novo material ainda mais duro que o diamante.

Sim, é um “fato” frequentemente distorcido: o diamante é o material mais duro do mundo. Esse título tem sido contestado há algum tempo, e um artigo publicado este mês na Nature oferece mais um candidato.

"Nitreto de boro cúbico nanotwinado ultraduro", descreve como pesquisadores da Universidade de Chicago, da Universidade do Novo México, da Universidade de Yanshan, da Universidade de Jilin e da Universidade de Tecnologia de Hebei comprimiram uma forma de partículas de nitreto de boro em uma versão ultradura.

As pepitas transparentes resultantes rivalizavam – e até ultrapassavam – o diamante em termos de dureza, de acordo com testes realizados pelos pesquisadores. Com uma pontuação Vickers de 108 GPa, supera o diamante sintético (100 GPa) e mais que dobra a dureza das formas comerciais de nitreto cúbico de boro.

O segredo está na nanoestrutura. Yongjun Tian e os outros pesquisadores começaram com partículas de nitreto de boro semelhantes a cebola, com formato semelhante a uma rosa escamosa – ou, como Tian as descreve, como bonecas Matryoshka. Quando os comprimiram a 1.800 Celsius e 15 GPa (cerca de 68.000 vezes a pressão de um pneu de carro), os cristais se reorganizaram e formaram uma estrutura nanogêmea.

Em uma estrutura cristalina nanogêmea, os átomos vizinhos compartilham um limite, da mesma forma que os apartamentos vizinhos. E como alguns apartamentos, os gêmeos se espelham. Normalmente, para tornar uma substância mais dura, os cientistas diminuem o tamanho dos grãos, o que torna mais difícil que qualquer coisa a perfure – grãos pequenos equivalem a menos espaço entre eles para qualquer ponto entrar. Mas o processo atingiu um obstáculo: em qualquer coisa menor que 10 nm, os defeitos ou distorções inerentes são quase tão grandes quanto os próprios grãos e, portanto, enfraquecem a estrutura.

Mas a nanoextração também torna as substâncias mais difíceis de perfurar e, no caso do nitreto de boro, mantém essa resistência característica em tamanhos médios de cerca de 4 nm, explica Tian. E como bônus, o nitreto cúbico de boro também era estável em altas temperaturas.

“Em nosso cBN nanotwinado, a excelente estabilidade térmica e inércia química são mantidas com uma dureza competitiva ou até maior que a do diamante, tornando-o o material de ferramenta mais desejável para a indústria”, diz Tian.

Ele prevê que, com mais pesquisas, o preço do produto será comparável às formas comerciais mais suaves de nitreto cúbico de boro atualmente disponíveis. Os usos prováveis ​​incluem ferramentas de usinagem, retificação, perfuração e corte, bem como instrumentação científica.

Claro, o problema é que, para medir com precisão a dureza de um material, os cientistas pegam numa substância ainda mais dura, moldam-na numa pirâmide e veem quanta pressão é necessária para introduzir essa pirâmide no material. Isso não funciona, a menos que você tenha algo que tenha certeza de que é mais difícil, então o número Vickers para o nitreto cúbico de boro de Tian não é necessariamente a palavra final sobre a medição, observa a cristalógrafa Natalia Dubrovinskaia na Scientific American.

Gregório Barbeiro

Adriane So

Matt Simão

Julian Chokkatu