O diamante é o material mais duro do mundo. Mais de 600 anos atrás, os primeiros diamantes foram cortados e a mesma técnica ainda é usada para transformar as pedras preciosas em jóias requintadas, e mais tarde em inigualáveis ferramentas industriais.
Agora, após centenas de anos, os pesquisadores finalmente conseguiram decifrar o mecanismo atômico por trás dos diamantes. O trabalho representa um progresso importante na pesquisa de tribologia de atrito e desgaste. Apesar da grande importância para a indústria, os fundamentos científicos da tribologia são mal compreendidos.
Os artesãos usam rodas de ferro fundidas cravejadas com partículas de diamante fino girando cerca de 30 metros por segundo. A atenção extrema permite que um moedor de diamantes experiente segure o diamante bruto no ângulo certo para alcançar uma superfície lisa e polida.
O fato de que os diamantes reagem direcionalmente é conhecido há muito tempo. O fenômeno físico é chamado anisotropia. Os átomos de carbono na estrutura do diamante formam uma estrutura plana, algumas mais fáceis de polir do que outras, dependendo do ângulo em que o diamante é feito.
Por centenas de anos, pesquisadores procuram uma maneira lógica de explicar esse fenômeno empírico. Da mesma forma, ninguém foi capaz de explicar porque é possível que o material mais duro do mundo seja usinado.
Agora, cientistas respondem a estas duas perguntas com a ajuda de um método de cálculo desenvolvido recentemente. Segundo eles, no momento em que o diamante está no chão, já não é um diamante.
Devido ao atrito de alta velocidade entre o diamante bruto e as partículas de diamante na roda de ferro fundido, uma “fase de carbono vítreo” completamente diferente é criada na superfície da pedra preciosa em um processo mecanoquímico. A velocidade com que esta fase aparece depende da orientação cristalina dos diamantes brutos.
Aqui entra a anisotropia. O novo material na superfície do diamante é “arrancado” de duas maneiras: primeiro, o efeito das partículas de diamante afiadas na roda repetidamente arranha as partículas minúsculas de carbono da superfície do diamante – isto não é possível no estado original do diamante.
O segundo impacto na superfície do cristal, normalmente impenetrável, é devido ao oxigênio (O) no ar. O vínculo das moléculas de O2 com átomos de carbono (C) das longas cadeias instáveis de carbono se formam na superfície da fase vítrea para produzir o gás CO2 na atmosfera, o dióxido de carbono.
Como é possível determinar quando e quais átomos se destacam a partir da superfície cristalina? A mecânica quântica das ligações entre os átomos da superfície na quebra de diamantes brutos tem a resposta. Os pesquisadores analisaram o campo de força entre os átomos em detalhes.
Eles puderam descrever como fazer e quebrar essas ligações, e isso serviu de base para as pesquisas sobre a dinâmica dos átomos na superfície de atrito entre uma partícula de diamante na roda e os diamantes brutos em si.
Os cientistas calcularam os caminhos de cerca de 10 mil átomos de diamante e os acompanharam em um modelo numa tela. Seus cálculos valeram a pena: o modelo é capaz de explicar todos os processos envolvidos no método de moagem do diamante.
O novo modelo não é apenas um marco no campo da pesquisa de diamantes, como prova também que os processos de atrito e desgaste podem ser descritos com precisão em métodos modernos de simulação que vão desde o nível atômico a objetos macroscópicos.
Os pesquisadores consideram este exemplo uma das muitas perguntas sobre o desgaste que a indústria precisa de respostas. Essas questões serão abordadas no futuro.
Fonte: ScienceDaily
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