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Pentadiamond, uma nova adição à família do carbono

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16 de julho 2020

Pentadiamond, uma nova adição à família do carbono

Pentadiamond tem sido teorizada por cientistas no Japão. Eles calculam que ele tem um módulo de Young de quase 1700 GPa, em comparação com 1200 Agp convencional de diamante.

Crédito: Yasumaru Fujii, Mina Maruyama, Nguyen Thanh Cuong, Susumu Okada

Pesquisadores da Universidade de Tsukuba, no Japão, ter utilizado computador cálculos para projetar um novo material à base de carbono. Esta estrutura teórica tem sido apelidado de “pentadiamond” e é ainda mais difícil do que o diamante, o mais duro de materiais naturais. Ele pode ser útil em aplicações industriais de corte que dependem de corte de diamantes sintéticos, ou tarefas que envolvem as pressões extremamente altas.

Diamantes, que são feitos totalmente de átomos de carbono dispostos em uma densa estrutura, são famosos por sua inigualável dureza. No entanto, o carbono é conhecido para formar outras configurações estáveis chamado allotropes. Estes incluem os familiares de grafite de lápis, bem como novos e emergentes materiais, tais como os nanotubos de carbono. As propriedades mecânicas, incluindo a sua dureza, de um alótropo dependem principalmente a forma como os seus átomos de ligação uns com os outros. No convencional, diamante, cada átomo forma uma ligação covalente ligação com quatro vizinhos. Este arranjo é conhecido como hibridização sp3. Os nanotubos e alguns outros materiais formam três títulos, o que é chamado de hibridização sp2.

Agora, pesquisadores da Universidade de Tsukuba de ter explorado o que aconteceria se os átomos de carbono foram organizados em uma estrutura mais complexa, com uma mistura de sp3 e sp2 hibridização.

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“De carbono allotropes com sp2 e sp3 hybridised átomos têm maior diversidade morfológica, devido ao grande número de combinações e arranjos em redes”, explica Yasumaru Fujii, primeiro autor de um artigo científico que aparece na Físico Revisão Letras.

Esquerda: Fundida pentágonos como um constituinte da unidade de pentadiamond.
Direita: estrutura Geométrica do pentadiamond. Brancas e bolas pretas indicam átomos de C, com quatro e três adjacentes de átomos de C, respectivamente.
Crédito: Universidade de Tsukuba

Para calcular a mais estável atômica de configuração, bem como estimar a sua dureza, a equipe contou com um método computacional chamado de teoria do funcional da densidade (DFT). DFT tem sido utilizado com sucesso em toda a química e a física dos sólidos para prever a estrutura e propriedades dos materiais. Manter o controle dos estados quânticos de todos os elétrons em uma amostra, e suas interações, geralmente é uma árdua tarefa. Em vez disso, DFT usa uma aproximação, que se concentra no final densidade de elétrons no espaço em órbita os átomos. Isso simplifica o cálculo para torná-lo adequado para computadores, enquanto continua a fornecer resultados muito precisos.

Com base nestes cálculos, os cientistas descobriram que o módulo de Young, uma medida de dureza, para pentadiamond está previsto para ser de quase 1700 Agp – em comparação com cerca de 1200 Agp convencional de diamante.

“Não só é pentadiamond mais difícil do que as convencionais de diamantes, a sua densidade é muito menor, igual à do grafite”, explica o co-autor o Professor Mina Maruyama.

“Este trabalho mostra o poder de projetar materiais ab initio. Além industriais de corte e perfuração usa, pentadiamonds pode ser usado no lugar de diamante, matriz de células atualmente usados em pesquisas científicas para recriar a extrema pressão no interior de planetas”, disse o Professor Susumu Okada, sênior co-autor.

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