Dominando a matéria

Metal líquido fabrica camadas metálicas de espessura atômica

Redação do Site Inovação Tecnológica -  26/10/2017

 As camadas monoatômicas podem ser deixadas por onde a gota de metal líquido escorre ou pode ser coletada diretamente no material. [Imagem: RMIT University]

Materiais bidimensionais em escala industrial

No que está sendo saudado como "uma descoberta que se faz uma vez em cada década", pesquisadores australianos descobriram como usar metal líquido para criar materiais bidimensionais, com espessura atômica ou molecular.

Lembre-se que o grafeno rendeu o Prêmio Nobel depois de ser extraído do grafite usando uma fita adesiva, e até hoje é difícil fabricá-lo em escala industrial. A molibdenita e a perovskita estão um pouco à frente em termos de aplicações tecnológicas, mas estão no mesmo barco quando o assunto é a fabricação industrial.

Daí a importância do trabalho de Ali Zavabeti e seus colegas da Universidade RMIT, que desenvolveram uma técnica que sintetiza películas atomicamente finas de óxidos metálicos em temperatura ambiente - as ligas metálicas conhecidas como metais líquidos, ao contrário de metais fundidos, são líquidas por volta dos 30ºC.

Isso abre o caminho da indústria para as inúmeras tecnologias de armazenamento de dados e computação que vêm sendo demonstradas ao longo dos últimos anos com esses materiais monoatômicos, além de ter o potencial de revolucionar a forma como fazemos química, reformulando os métodos de fabricação de produtos químicos que vão dos medicamentos aos fertilizantes e plásticos.

"Nós prevemos que essa tecnologia se aplique a aproximadamente um terço da Tabela Periódica. Muitos desses óxidos atômicos são materiais semicondutores ou dielétricos. Os componentes semicondutores e dielétricos são a base dos aparelhos eletrônicos e ópticos atuais. Espera-se que, trabalhando com componentes atomicamente finos, cheguemos a uma eletrônica melhor e mais eficiente em termos energéticos. Essa capacidade tecnológica nunca esteve acessível antes," afirmou o professor Torben Daeneke, coordenador da equipe.

 Esquema do processo, que funciona a temperatura ambiente. [Imagem: Ali Zavabeti et al. - 10.1126/science.aao4249]

Metal líquido

A coisa é tão simples quanto parece - com os materiais em mãos, dá para fazer em casa, embora seja necessário um microscópio eletrônico para ver o resultado e tirar proveito dele.

A técnica consiste em dissolver em metal líquido os materiais que se deseja depositar na forma de camadas monoatômicas - isso inclui virtualmente todos os óxidos metálicos, que ainda não existem como estruturas em camadas bidimensionais.

A seguir, assim como um lápis passando sobre um papel deixa camadas de grafeno, o metal líquido é posto para escorrer de forma controlada sobre uma superfície, deixando atrás de si as camadas atômicas de óxidos metálicos. Também se pode trabalhar com gotas do material, coletando as camadas atômicas com uma superfície plana, como o substrato de um chip, por exemplo.

"Nós usamos ligas não-tóxicas de gálio, um metal parecido com o alumínio, como um meio de reação para cobrir a superfície do metal líquido com camadas atomicamente finas de óxido do metal adicionado, em vez do óxido de gálio natural.

"Essa camada de óxido pode então ser esfoliada simplesmente tocando o metal líquido com uma superfície lisa. Maiores quantidades dessas camadas atômicas finas podem ser produzidas injetando ar no metal líquido, em um processo que é semelhante a fazer o leite espumar na preparação de um cappuccino," detalhou Daeneke.

Bibliografia:

A liquid metal reaction environment for the room-temperature synthesis of atomically thin metal oxides
Ali Zavabeti, Jian Zhen Ou, Benjamin J. Carey, Nitu Syed, Rebecca Orrell-Trigg, Edwin L. H. Mayes, Chenglong Xu, Omid Kavehei, Anthony P. O Mullane, Richard B. Kaner, Kourosh Kalantar-zadeh, Torben Daeneke
Science
Vol.: 358, Issue 6361, pp. 332-335
DOI: 10.1126/science.aao4249

Grafeno, grafeno

Brasileiros descobrem nova propriedade do grafeno

Com informações da Agência Fapesp -  26/09/2016

Deformação da folha de grafeno pela ponta do microscópio de força atômica.[Imagem: Clara M. Almeida et al. - 10.1038/srep31569]

Ilimitado

O grafeno é um dos materiais mais estudados na atualidade, e não é por acaso: constituído por uma única camada de átomos de carbono, dispostos em uma rede bidimensional de trama hexagonal, o grafeno é extremamente fino, leve e resistente.

Agreguem-se propriedades como transparência, flexibilidade, alta condutividade elétrica e térmica e baixo custo de produção para que o horizonte de aplicações seja praticamente ilimitado.

Com tantas pesquisas já realizadas, surpreende que uma propriedade do grafeno permanecesse ignorada até agora.

Ela acaba de ser descoberta graças ao trabalho de Clara Almeida e uma equipe da Unicamp (Universidade Estadual de Campinas).

Anisotropia

Trata-se da enorme anisotropia - apresentação de propriedades que variam conforme a direção - exibida pelo grafeno quando este é "varrido" em diferentes direções pela ponta de um microscópio de força atômica (AFM: atomic force microscope).

E a diferença não é pequena: 80% maior na direção conhecida como "braço de cadeira" (armchair) do que na direção ziguezague.

Segundo os pesquisadores, o efeito poderia ser entendido como uma manifestação, em escala nanométrica, do fenômeno clássico da flambagem, o encurvamento de uma barra quando submetida a compressão axial, descrito pelo matemático e físico suíço Leonhard Euler (1707-1783).

Nanomecanismos

Devido às suas notáveis características eletrônicas, térmicas e mecânicas, o grafeno é um forte candidato para a fabricação da próxima geração de dispositivos eletrônicos e de sistemas nanoeletromecânicos (NEMS). Tais aplicações requerem a compreensão das propriedades mecânicas e tribológicas - isto é, decorrentes da interação de superfícies em movimento relativo - desses materiais bidimensionais.

"A anisotropia que encontramos pode ser determinante para a fabricação desses NEMS, cujo design demanda o conhecimento prévio da orientação cristalina. Na maioria das vezes, as propriedades do material na configuração bidimensional [grafeno] são bem diferentes das propriedades já conhecidas na configuração tridimensional [grafite]", sublinhou Clara Almeida.

Bibliografia:
Giant and Tunable Anisotropy of Nanoscale Friction in Graphene
Clara M. Almeida, Rodrigo Prioli, Benjamin Fragneaud, Luiz Gustavo Cançado, Ricardo Paupitz, Douglas S. Galvão, Marcelo De Cicco, Marcos G. Menezes, Carlos A. Achete, Rodrigo B. Capaz
Nature Scientific Reports
Vol.: 6, Article number: 31569
DOI: 10.1038/srep31569