Este material 2D es mucho más fuerte que el grafeno y los científicos están entusiasmados.

Un material bidimensional que tiene propiedades físicas similares a grafeno Ahora se ha demostrado que expulsa el grafeno del agua en términos de durabilidad.

El material se llama nitruro de boro hexagonal (h-BN) y es tan resistente al agrietamiento que los científicos se sorprenden. Este hallazgo es contrario a la descripción básica de la mecánica de las fracturas que los científicos han utilizado para predecir y determinar la rigidez desde la década de 1920.

“Lo que hemos observado en este artículo es notable”, El científico de materiales John Low de Rice University dijo:. “Nadie esperaba ver esto en materiales 2D. Por eso es tan emocionante”.

El nitruro de boro hexagonal es muy similar al grafeno. Ambos materiales constan de redes hexagonales de átomos. En el caso del grafeno, todos esos átomos son carbono; Pero para h-BN, cada hexágono contiene tres átomos de boro y tres de nitrógeno.

Enlaces de carbono y carbono Se encuentra entre los más fuertes de la naturaleza, por lo que se espera que el grafeno sea mucho más fuerte que el h-BN. En general, esto es cierto: los dos materiales tienen valores similares de resistencia y elasticidad, pero los valores de h-BN son ligeramente inferiores. La fuerza del grafeno es de aproximadamente 130 GPa para fuerza y ​​1.0 TPa para flexibilidad; Los valores de h-BN son 100 GPa y 0,8 TPa, respectivamente.

Sin embargo, el grafeno también tiene una baja resistencia al agrietamiento; En otras palabras, es notablemente frágil.

“Medimos la tenacidad a la fractura del grafeno hace siete años, y en realidad no es muy resistente a las fracturas”. claro. “Si tiene una grieta en la red, una pequeña carga romperá ese material”.

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Se pensó que debido a que las otras propiedades de h-BN son muy similares a las del grafeno, su fragilidad también sería comparable, particularmente porque la fragilidad del grafeno era consistente con la teoría de la fractura de Griffith. Desarrollado por el ingeniero Alan Arnold Griffith en 1921. Descubrió que las grietas se extendían cuando la presión sobre un material era mayor que la fuerza que lo mantenía unido; La diferencia de energía se libera en la propagación de grietas.

Cuando un equipo de investigadores fue a probarlo, encontraron algo realmente extraño: la resistencia a la fractura del h-BN es diez veces mayor que la del grafeno. Eso es seguro No De acuerdo con la teoría de Griffith.

Para averiguar por qué, el equipo aplicó presión a las muestras de h-BN, utilizando microscopía electrónica de barrido y microscopía electrónica de transmisión para observar cómo se producían las grietas con el mayor detalle posible. Y después de más de 1000 horas de experimentación y análisis de seguimiento, encontraron una solución.

Imágenes de microscopía electrónica que muestran detalles finos de fracturas de h-BN. (Yang et al., Nature, 2021)

Los dos materiales pueden ser similares, pero no son completamente idénticos. En el grafeno, la grieta tiende a serpentear directamente a través de la estructura hexagonal simétrica, de arriba a abajo. h-BN presenta una ligera asimetría en su estructura hexagonal, debido al contraste de tensiones entre el boro y el nitrógeno, lo que hace que las fisuras tiendan a bifurcarse.

Esto es lo que hace que el material sea más flexible.

“Si la grieta está ramificada, entonces está rotando”, lu dijo. “Si tiene esta grieta giratoria, le costará energía extra empujar la grieta aún más. Por lo tanto, ha fortalecido el material de manera efectiva al dificultar la propagación de la grieta”.

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Esto tiene implicaciones para el desarrollo de materiales 2D flexibles para su uso en aplicaciones como la electrónica. h-BN ya tiene una gama de propiedades que lo convierten en una excelente oportunidad para estas aplicaciones, incluida su resistencia al calor y estabilidad química.

Por lo tanto, podría proporcionar una nueva forma de desarrollar tecnologías como los textiles electrónicos, los tatuajes electrónicos adhesivos e incluso los implantes.

“Lo que hace que este trabajo sea tan emocionante es que revela un mecanismo de fortalecimiento intrínseco en un material que supuestamente es bastante frágil”. El mecánico Huajian Gao de la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur dijo.

“Aparentemente, incluso Griffith no pudo predecir comportamientos de fractura radicalmente diferentes en dos materiales frágiles con estructuras atómicas similares”.

La búsqueda fue publicada en naturaleza.

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