Grafeno tem seu ponto fraco descoberto

O grafeno é muitas vezes apontado como um material milagroso, já que é leve, conduz eletricidade facilmente e é centenas de vezes mais forte que o aço. Porém, testes de amostras reais de grafeno mostram que ele também é tão frágil quanto cerâmica comum. Resultado? Pode rachar.

O ponto fraco do grafeno

Uma equipe de cientistas da Universidade Rice e do Instituto de Tecnologia da Geórgia (EUA) testaram pequenos pedaços de grafeno “bicamada” – duas folhas de um único átomo de espessura de carbono puro uma sobre a outra – fazendo pequenas rachaduras neles com feixes de íons focalizados. Então, puxaram o grafeno para ver o quão rápido as rachaduras se expandiriam até que o material se rompesse.

“Ele é muito sensível à presença de uma rachadura. Já o aço tem uma enorme resistência à extensão de rachaduras. O grafeno é mais parecido com o vidro das nossas janela”, explicou Ting Zhu, professor associado de engenharia mecânica e um dos autores do estudo.

A medida da resistência de um material a rachaduras, chamada de tenacidade, não é apenas a resistência à tração – o quão propenso aquele material é de se quebrar quando esticado. Ela também mede a quantidade de impacto que uma determinada substância pode sofrer antes de rachar ao ser torcido. Metais, por exemplo, são dúcteis; é preciso muita torção e flexão para quebrar uma colher. Um pedaço de vidro resiste à torção e não estica, mas quebra rapidamente se qualquer força de torção ou puxões são aplicados após um certo limite, e até mesmo uma pequena rachadura o fará quebrar.

Os cientistas descobriram que o grafeno com rachaduras é 10 vezes mais propenso à ruptura do que o aço, e tem tenacidade mais próxima do óxido de alumínio ou da cerâmica à base de carbeto de silício. A tenacidade relativamente baixa significa que é preciso apenas uma pequena rachadura em um pedaço de grafeno para enfraquecê-lo. E essas pequenas fissuras são uma conseqüência natural ao produzi-lo.

O grafeno é feito de várias maneiras, entre as quais a deposição química em fase de vapor (na qual o vapor de carbono é deixado para esfriar e assentar sobre uma superfície), e a esfoliação (em que o grafite, do qual é derivado o grafeno, é colocado em um solvente).

No primeiro caso, as folhas de grafeno podem ser grandes, mas não são perfeitas. A rede de átomos de carbono resultante que compõe o grafeno tem pequenos defeitos – aqui e ali há um átomo faltando ou fora do lugar. Os defeitos não fazem muita diferença ao usar o grafeno como um condutor ou semicondutor. Já em aplicações mecânicas, tais como tornar telas flexíveis ou aumentar a resistência estrutural de outros materiais, as imperfeições importam mais.

O grafeno perfeito pode aguentar cerca de 100 gigapascals de força antes de quebrar. O grafeno imperfeito pode suportar apenas uma pequena fração disto, cerca de 4 Megapascais.

As experiências não são importantes apenas para o estudo do grafeno. Outros materiais que podem assumir uma estrutura bidimensional – como o nitreto de boro ou o dissulfeto de molibdênio – podem se comportar de forma semelhante, para os quais a nova pesquisa, publicada na revista Nature Communications, pode oferecer insights importantes. [LiveScience]

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4 comentários para “Grafeno tem seu ponto fraco descoberto

    1. Tração, na verdade. Em uma coluna existem dois esforços que são longitudinais, os esforços de tração e de compressão. Se a coluna está sendo puxada pelas pontas, as forças são de tração. Se ela está sendo pressionada, os esforços são de compressão.

      Eu tive que estudar “Resistência dos Materiais” quando fiz Engenharia Elétrica, lembro de alguma coisa até hoje…

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