Descoberto material que não se funde nem no centro da Terra

Usando computadores para simulação dos processos físicos, pesquisadores descobriram um novo composto recordista em termos de ponto de fusão....

Usando computadores para simulação dos processos físicos, pesquisadores descobriram um novo composto recordista em termos de ponto de fusão.

[Imagem: Flickr]

Essa notícia Júlio Verne aplaudiria. Por meio de avançados computadores e uma técnica computacional para simular os processos físicos, em nível atômico, pesquisadores da Universidade de Brown conseguiram prever que um material feito a partir de háfnio, nitrogênio e carbono teria o ponto de fusão mais alto conhecido, cerca de dois terços da temperatura na superfície do sol.

[Divulgação]

Nenhuma substância conhecida tem um ponto de derretimento tão elevado. Os cálculos, descritos no periódico Physical Review B (Rapid Communications), mostraram que um material feito com apenas as quantidades corretas de háfnio, nitrogênio e carbono teria um ponto de mais de 4.400 kelvins (4.126 °C) de fusão. Isso é cerca de dois terços da temperatura da superfície do sol, e 200 kelvins superior ao mais alto ponto de fusão já registrado experimentalmente.

O recordista experimental é uma substância feita a partir de elementos do háfnio, tântalo, e carbono (HF-Ta-C). Mas estes novos cálculos sugerem que uma composição ótima de háfnio, nitrogênio e carbono -  HFN _0,38 C _0,51 - é um candidato promissor para definir uma nova marca. O próximo passo, que os investigadores estão a realizar agora, é sintetizar o material e confirmar os achados no laboratório.

A vantagem de começar com a abordagem computacional é que podemos tentar lotes de diferentes combinações muito barata e encontrar aqueles que talvez valesse a pena experimentar com no laboratório. Caso contrário, apenas estaria atirando no escuro. Agora sabemos que temos algo que vale a pena tentar.
Axel van de Walle, professor associado de engenharia e co-autor do estudo com pós-pesquisador Qijun Hong

Os pesquisadores usaram uma técnica computacional que deduz pontos de fusão através da simulação de processos físicos, em nível atômico, seguindo a lei da mecânica quântica. A técnica analisa a dinâmica da fusão à medida que ocorrem em escala nanométrica, em blocos de 100 ou mais átomos. É mais eficiente do que os métodos tradicionais, mas ainda computacionalmente exigente devido ao grande número de compostos em potencial para testar.



Van de Walle e Hong estão agora colaborando com o laboratório de Alexandra Navrotsky na Universidade da Califórnia-Davis para sintetizar o composto e realizar os experimentos de ponto de fusão. O laboratório de Navrotksy está equipado para tais experiências de alta temperatura.

O trabalho poderia finalmente apontar para novos materiais de alto desempenho para uma variedade de usos, desde revestimento para turbinas a gás até proteção térmica em aeronaves de alta velocidade. Mas se o composto HFN _0,38 C _0,51 em si será um material útil ainda não está claro.

Ponto de fusão não é a única propriedade que é importante [em aplicações de materiais]. Você precisaria considerar as coisas como propriedades mecânicas e resistência à oxidação e todos os tipos de outras propriedades. Assim, tendo em conta que você pode querer misturar outras coisas com este composto que pode reduzir seu ponto de fusão. Mas desde que você já esteja começando tão alto, você tem mais liberdade para ajustar outras propriedades. Então eu acho que isso dá às pessoas uma ideia do que pode ser feito.
Axel van de Walle

O trabalho também demonstra o poder desta técnica computacional relativamente nova. Nos últimos anos, o interesse no uso da computação para explorar as propriedades do material de um grande número de compostos candidatos tem aumentado, mas muito do trabalho tem se concentrado em propriedades que são muito mais fáceis para calcular do que o ponto de fusão.

Ponto de fusão é um problema de previsão realmente difícil em comparação com o que foi feito antes. "ara a comunidade de modelagem, eu acho que isso é o que é especial sobre isso.
Axel van de Walle

Já dá até para imaginar túneis cortando o magma para encurtar deslocamentos intercontinentais ou uma viagem em direção ao núcleo terrestre. Essas "viagens" mentais dignas de Júlio Verne, que já escreveu sobre uma hipotética jornada ao centro da Terra, é que impulsionam os novos exploradores. Juntamente com o receio de que essas geoengenharias podem desequilibrar o meio ambiente em escala global.

Fonte: Universidade Brown.
[Visto no Brasil Acadêmico]