Surpresa: Material criado em altíssima pressão continua estável em condições ambiente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 23/09/2019

Estrutura cristalina do pernitreto de rênio.
[Imagem: Maxim Bykov et al. - 10.1038/s41467-019-10995-3]

Materiais superduros

Cientistas da Rússia, Alemanha e Suécia, trabalhando conjuntamente, alcançaram um resultado que parecia impossível.

Eles criaram, a pressões ultra-altas, um novo material que preserva sua estrutura e suas propriedades mesmo quando ele é trazido à pressão atmosférica normal.

Além disso, ao tentar desvendar o mistério, eles descobriram que o tal material pode ser recriado em condições laboratoriais mais triviais através de reações químicas, dispensando as bigornas de diamante e fabricando-o em larga escala.

A equipe estava trabalhando na busca de versões superduras de carbonetos e nitretos de metais de transição. Esses metais têm alta dureza e elevado ponto de fusão, o que os torna úteis na produção de ligas metálicas resistentes ao calor, ferramentas de corte, sensores de alta temperatura, revestimentos de proteção resistentes a ácidos e uma série de outras aplicações.

Experimentos anteriores já haviam comprovado a capacidade de criar modificações de nitretos de metais de transição que são "impossíveis" para as condições da Terra - mas as modificações "se desintegraram" quando a pressão diminuiu.

Fabricado sob pressão, estável sem pressão

Maxim Bykov e seus colegas passaram então a trabalhar com o metal rênio, que apresenta uma estrutura promissora para alcançar elevadas densidades. E não apenas deu certo, como o experimento apresentou uma surpresa: o material modificado em alta pressão preservou sua nova estrutura e suas propriedades quando a pressão foi removida.

Esta é uma área de pesquisa tão quente que, recentemente, a Tabela Periódica foi reescrita para altas pressões.
[Imagem: ACS]

Durante o experimento, rênio e nitrogênio foram colocados na bigorna de diamante, que foi comprimida simultaneamente com aquecimento a laser acima de 1700 ºC. Como resultado, a pressões de 40 a 90 GPa (de 400 a 900 mil atmosferas da Terra), foi obtida uma estrutura monocristalina especial, chamada pernitreto de rênio, contendo dois átomos de nitrogênio, formando um pernitreto de nitreto de rênio.

"Nessa forma, o rênio é quase incompressível, pois seu módulo bruto é de cerca de 400 GPa. Após a modificação, isso aumentou para 428 GPa. Para comparação, o módulo do diamante é de 441 GPa. Além disso, graças aos componentes de nitrogênio, a dureza do pernitreto de rênio aumentou 4 vezes, para 37 GPa. Normalmente, os materiais obtidos em pressões ultra-altas não podem preservar suas propriedades após a extração da bigorna de diamante, mas desta vez nossos colegas ficaram agradavelmente surpresos," relatou o professor Igor Abrikosov, cuja equipe sintetizou, no ano passado, um silício "impossível".

Síntese química e deposição por vapor

Bigornas de diamante são muito úteis em experimentos, incluindo a sintetização de novos elementos químicos, mas são muito pequenas, complexas e caras para a produção de materiais em larga escala. Depois de compreender a teoria do que estava acontecendo com o pernitreto de rênio, a equipe se deu conta de que poderia ser possível produzi-lo em condições mais triviais. A solução veio na forma de uma reação química com azida de amônia em uma prensa de grande volume a 33 GPa.

Agora que a existência dessas modificações estruturais persistentes foi comprovada teórica e experimentalmente, a equipe pretende pesquisar outras formas de obter o material, a começar pela deposição de filmes finos.

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