Bárbara Castro
RedatoraEm "A Besta de Um Bilhão de Traseiros", de Futurama, havia uma piada bastante divertida pelo seu exagero: o escudo de "diamondium" (ou "diamondillium") que os professores Farnsworth e Wernstrom desenvolveram a partir de diamante para proteger a Terra do monstro que dava nome ao filme.
Brincadeiras à parte, essas gemas são verdadeiramente a substância mais dura existente em nosso mundo, mas isso não significa que sejam indestrutíveis. Como qualquer mineral de base cristalina, são suscetíveis a rachar, trincar ou se despedaçar se aplicarmos força e pressão suficientes sobre elas. O que não as impediu de ter múltiplas aplicações práticas em diversos dispositivos.
Agora, ocorreu um avanço importante no estudo e no reforço dessa substância — um avanço que pode ampliar as possibilidades da exploração aeroespacial, entre outras áreas. A novidade faz com que a resistência das ligas com esse mineral alcance um nível cinco vezes superior ao atual: o "enxerto" de nanotubos de carbono, que permite que o material não apenas seja rígido o bastante para suportar um golpe, mas também ganhe flexibilidade para se deformar o suficiente sem se quebrar.
Nanotubos de carbono, a armadura interna do diamante
Essa ideia é fruto do trabalho de uma equipe do Instituto de Física da Academia Chinesa de Ciências e da Universidade de Beihang. Eles publicaram na Nature Synthesis um composto que multiplica por cinco a resistência à fratura do diamante sem abrir mão de sua dureza característica — um desafio que a comunidade científica tentava resolver sem muito sucesso há mais de vinte anos. Em essência, os pesquisadores preencheram os espaços entre os grãos do diamante com nanotubos de carbono de parede múltipla e submeteram a mistura a 2.000 °C e 15 GPa de pressão, as condições extremas usadas para sintetizar diamante artificial.
Isso não altera a estrutura cristalina interna, funcionando como um acréscimo à estrutura molecular. Após "injetar" esses nanotubos de carbono — que ocupam apenas entre 3% e 6% do volume total do composto —, observou-se um comportamento semelhante ao das barras de aço no concreto armado. Em teoria, por serem folhas de grafeno enroladas, os nanotubos deveriam deslizar entre si e não transmitir a força necessária para absorver e mitigar o impacto de um golpe potente.
No entanto, as condições extremas de aplicação (altas temperaturas e pressão) fazem com que parte dos nanotubos se transforme parcialmente em diamante, criando uma zona de transição com ligações químicas mistas entre ambos os tipos de carbono. Os pesquisadores confirmaram o fenômeno por meio de microscopia eletrônica de alta resolução. Essa "soldagem" em nível atômico é o que permite que o reforço finalmente suporte a tração em vez de deslizar.
Microalavancas agora; carcaças para naves de exploração amanhã?
Com esses resultados, o composto sai da categoria de material extremamente frágil e se aproxima daquela das cerâmicas técnicas mais avançadas, sem perder a dureza que faz do diamante o que ele é. Convém esclarecer que os testes foram realizados em microalavancas de apenas dez micrômetros, e não em peças de tamanho industrial. Portanto, escalar o processo continua sendo o desafio pendente antes de pensar em brocas de perfuração ou componentes aeroespaciais resistentes a impactos.
Estrutura de um tubo de nanocarbono
É aí que esse tipo de material começa a soar interessante. Qualquer veículo espacial está exposto a um tipo de agressão muito particular: impactos pontuais de micrometeoritos ou de lixo espacial viajando a vários quilômetros por segundo. Não se trata de um golpe forte e contínuo, mas de um impacto breve e localizado — exatamente o cenário em que um material duro, porém frágil, como o diamante puro falha: ele resiste à penetração, mas se racha e se estilhaça com o golpe. Com essa nova liga, um revestimento ou componente que combine dureza extrema com uma tenacidade multiplicada por cinco suportaria melhor esse tipo de impacto sem se fraturar, algo que nem o diamante natural nem a maioria das cerâmicas técnicas atuais garantem.
O outro cenário em que isso importa é a reentrada atmosférica e as áreas de um veículo submetidas simultaneamente a pressões e temperaturas extremas, como os bordos de ataque de uma nave ou certos componentes de motores. Nesses pontos, o material não precisa apenas ser duro; ele deve absorver tensões repetidas sem criar fissuras progressivas a cada ciclo térmico. A própria equipe chinesa aponta nessa direção ao mencionar aplicações aeroespaciais, embora reforce que ainda resta a etapa de escalar o processo de fabricação sem perder essas propriedades. De todo modo, pela primeira vez o mecanismo funciona exatamente como havia sido projetado no papel.
Matéria traduzida de 3DJuegos*
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