Depois de mais de três décadas de trabalho, os cientistas acreditam ter criado um material quase inquebrável que rivaliza com o diamante como a substância mais dura da Terra. Uma equipe internacional liderada por pesquisadores do Centro de Ciência de Condições Extremas da Universidade de Edimburgo fez um avanço ao sintetizar precursores de carbono e nitrogênio para criar um nitreto de carbono que é mais duro que o nitreto cúbico de boro, atualmente o segundo material mais duro depois do diamante.
Dominique Laniel, da Universidade de Edimburgo, disse: "Ao descobrir o primeiro novo material de nitreto de carbono, não acreditamos que um material com o qual os pesquisadores sonharam nas últimas três décadas esteja finalmente disponível. Esses materiais fornecem um impulso poderoso para preencher a lacuna entre a síntese de materiais de alta pressão e as aplicações industriais."
Embora os cientistas reconhecessem o potencial dos carbonitretos já na década de 1980, incluindo a sua elevada resistência ao calor, criá-los era outra história. Na verdade, até agora, não foram realizados estudos credíveis sobre a sua síntese.
Os pesquisadores apontaram no relatório de pesquisa: “Carbonitretos com estrutura tridimensional de tetraedros CN4 são um grande desejo da ciência dos materiais”.
A equipa de investigação, que também incluiu especialistas em materiais da Universidade de Bayreuth, na Alemanha, e da Universidade de Linköping, na Suécia, conseguiu o feito submetendo diferentes formas de precursores de carbono-azoto a pressões de 70-135 gigapascais (ou um milhão de vezes a pressão atmosférica) enquanto os aquece a mais de 1.500°C (2.732°F).
O arranjo atômico foi então examinado usando feixes de raios X no European Synchrotron Research Facility na França, no Deutsche Electron Synchrotron na Alemanha e na Advanced Photon Source nos Estados Unidos.
A análise mostrou que os compostos de nitreto de carbono sintetizados continham três estruturas necessárias para materiais superduros inovadores. Os cientistas ficaram então surpresos ao descobrir que os três compostos mantiveram suas propriedades superduras após o resfriamento e o retorno à pressão ambiente.
A equipe acredita que esta inovação abre caminho para uma variedade de usos, incluindo revestimentos protetores para veículos e espaçonaves, ferramentas de corte poderosas e fotodetectores.
"Estes materiais não só se destacam pela sua versatilidade, mas também mostram que fases tecnologicamente relevantes podem ser recuperadas a partir de condições de pressão sintética equivalentes a milhares de quilómetros no interior da Terra. Estamos convencidos de que esta investigação colaborativa abrirá novas possibilidades neste campo, "diz Florian Trybel, professor assistente na Universidade de Linköping.
Embora o escopo funcional deste composto incompressível de nitreto de carbono ainda não seja conhecido, os pesquisadores também descobriram que o composto possui propriedades fotoluminescentes, piezoelétricas e de alta densidade de energia, permitindo-lhe armazenar grandes quantidades de energia com uma pequena quantidade de massa.
Os pesquisadores declararam no relatório de pesquisa: “Estudos de propriedades físicas mostram que esses materiais de ligação covalente forte são ultraincompressíveis e ultraduros, além de possuírem alta densidade de energia, propriedades piezoelétricas e fotoluminescentes. Os novos carbonitretos são únicos entre os materiais de alta pressão porque são produzidos em pressões acima de 100GPa e podem ser restaurados sob condições ambientais no ar.
A pesquisa foi publicada na revista Advanced Materials.