Un nanomaterial rivaliza en su dureza con la del diamante - principal


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Una forma nanoestructurada y transparente de nitruro de boro es más dura que algunas formas de diamante

Es sólo una cuestión de tiempo antes de que un villano de película que procura lograr el robo del siglo necesite una herramienta de corte que sea más dura que cualquier otra cosa en la Tierra. Tal vez sea de un ladrón que corta una caja de seguridad hecha de diamante que, como todos hemos aprendido en las incontables películas de atracos, es en sí mismo lo suficiente duro como para cortar el vidrio. O tal vez sea un retorcido guión basado en la perforación de un agujero en las profundidades del planeta con el taladro más duro del mundo.

Cualesquiera que sean los detalles de la trama, los guionistas afines a la ciencia harían bien en poner su atención en el nitruro de boro cúbico, un material que se asemeja al diamante en muchos aspectos. El nitruro de boro se puede comprimir en un forma superdura y transparente, pero a diferencia del diamante y muchos otros materiales conocidos por su extrema dureza, no se basa en el carbono, sino en un entramado de boro y nitrógeno. Las simulaciones por ordenador han indicado que una rara forma de nitruro de boro cristalino resistiría todo intento de rayarlo, incluso mejor que el diamante, si se pudieran sintetizar en grandes muestras, y los experimentos de laboratorio han mostrado que una forma del material más fácil de obtener ya se aproxima a la dureza del diamante.

Ahora, un nuevo conjunto de experimentos con una forma nanoestructurada de nitruro de boro han producido valores de dureza aún mayores que antes. El nuevo material supera la dureza de algunas formas de diamante, según los autores de un estudio del que se informaron sus resultados el 17 de enero en la revista Nature. Sin embargo, cuantificar las propiedades de los materiales superduros es un asunto difícil , y por lo menos uno de los investigadores principales sigue sin estar convencido de que los autores del estudio hayan descubierto nada nuevo.

Durante años, los científicos han trabajado para reducir el tamaño de los granos individuales dentro de las estructuras de los materiales, ya que los límites entre los granos pueden detener el movimiento interno y ayudar a resistir la deformación, al igual que una serie de muros diminutos dentro de una estructura mayor. La esencia de la estrategia de los investigadores en este último trabajo, dice el autor principal del estudio, Yongjun Tian de la Universidad Yanshan en China, fue reducir la escala de las microestructuras dentro del material mediante la generación de funciones llamadas “nano twins ultrafinos”. Un nano twin (nano par) es un segmento cristalino que es espejo de la orientación de los átomos en el otro lado de una interfaz (llamada frontera gemela) dentro de un material. Un policristal hecho de dominios nano twin es algo así como un hormigón de madera contrachapada, donde la veta de la madera cambia de dirección en cada capa sucesiva. En los policristales de nitruro de boro sintetizados por Tian y sus colegas, los segmentos nano twin tiene sólo 3,8 nanómetros de ancho en promedio. (Un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro).

Los investigadores fabricaron sus muestras con nanopartículas redondas de nitruro de boro en las que los átomos de nitrógeno y boro forman una estructura de cebolla en capas anidadas. Presionándolas en gránulos macroscópicos y sometiéndolas a una intensa presión y calor, las nanopartículas se unieron en pequeños granos que comprenden numerosos dominios individuales. Los precursores de tipo capas de cebolla, explica Tian, contienen numerosos defectos y los cristales se pueden nuclear a alta temperatura y presión pero resisten el crecimiento rápido de cristales, produciendo numerosos bolsillos discretos con un orden cristalino dentro de una estructura policristalina más grande, algo desordenada.

A temperaturas superiores a 1.800 grados centígrados y presiones de hasta 15 gigapascales (aproximadamente 150.000 kilogramos-fuerza por centímetro cuadrado), las pastillas de nitruro de boro forman bultos redondos de alrededor de dos milímetros de diámetro que son “totalmente incoloros y transparentes, de modo que parecen de cristal y diamante en apariencia”, dice Tian. Él y sus colegas determinaron que las muestras tenían una dureza medida de hasta 108 gigapascales, un poco más duro que el diamante sintético pero menos duro que los diamantes policristalinos fabricados con granos nanométricos.

Fuente: Scientific American. Aportado por Eduardo J. Carletti

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