p Além de sua capacidade de conduzir elétrons quase sem resistência, o nanomaterial grafeno também tem incríveis propriedades mecânicas, incluindo alta resistência que poderia um dia torná-lo útil em peso leve, estruturas robustas. Mas este material não é isento de falhas - incluindo uma família de defeitos semelhantes aos de flores que podem prejudicar suas propriedades eletrônicas e mecânicas. p Em um artigo publicado na revista Physical Review B, pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia e do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) descreveram uma família de sete estruturas de defeitos potenciais que podem aparecer em folhas de grafeno e exemplos de imagens do defeito de menor energia da família.

p Os defeitos podem surgir para ajudar a aliviar o estresse mecânico na estrutura em favo de mel do átomo de carbono do grafeno, permitindo que os átomos se espalhem e ocupem um pouco mais espaço. Tal estresse pode surgir durante o crescimento do grafeno ou esticando a folha de grafeno.

p “Para um engenheiro interessado nas propriedades mecânicas do grafeno para criar membranas com a espessura de um átomo, por exemplo, seria muito importante compreender esses tipos de propriedades, o que poderia dar origem à deformação plástica do material, ”Disse Phillip First, um dos co-autores do artigo e professor da Georgia Tech School of Physics. “Por exemplo, pode ser que esses defeitos sejam apenas uma parte do caminho cinético para a falha de uma folha tensa de grafeno. ”

p Para aplicações eletrônicas, os defeitos podem desviar elétrons e causar retroespalhamento que aumentaria a resistência do material - como uma rocha em um riacho retarda o fluxo de água. Contudo, Primeiro diz que as técnicas de crescimento aprimoradas desenvolvidas desde o início do estudo de defeitos podem eliminar essa preocupação.

p “Com as técnicas de crescimento que agora foram desenvolvidas usando carboneto de silício, normalmente não vemos esses defeitos, ”Ele notou. “Os defeitos ocorrem em materiais que sabemos ser de qualidade inferior devido às condições de crescimento ou preparação do substrato.”

p Os defeitos podem aparecer devido ao movimento de átomos de carbono em altas temperaturas, explicou o NIST Fellow Joseph Stroscio. Os rearranjos do grafeno que requerem a menor quantidade de energia envolvem a mudança dos anéis de carbono padrão de seis membros para estruturas contendo cinco ou sete átomos. Os pesquisadores do NIST descobriram que amarrar anéis de cinco e sete membros em loops fechados cria um novo tipo de defeito ou loop de contorno de grão na estrutura em favo de mel.

p De acordo com o pesquisador do NIST Eric Cockayne, o processo de fabricação desempenha um grande papel na criação dos defeitos.

p “À medida que o grafeno se forma sob altas temperaturas, seções da rede podem se soltar e girar, Disse ele. “À medida que o grafeno esfria, essas seções giradas se ligam de volta à estrutura, mas de forma irregular. É quase como se pedaços de grafeno fossem cortados com uma tesoura, girou no sentido horário, e feito para caber no mesmo lugar. Só que realmente não se encaixa, é por isso que recebemos essas flores. ”

p Até aqui, apenas o defeito da flor, que é composto por seis pares de anéis de cinco e sete átomos, tem sido observado. A modelagem da estrutura atômica do grafeno pela equipe do NIST sugere que pode haver um verdadeiro buquê de configurações semelhantes a flores. Essas configurações - sete ao todo - teriam cada uma suas próprias propriedades mecânicas e elétricas exclusivas, Cockayne disse.

p Primeiro espera que a equipe possa continuar estudando os defeitos, tanto para saber se sua formação pode ser controlada quanto para esclarecer o papel dos defeitos nas propriedades mecânicas do material.

p “O grafeno é forte e leve, então as propriedades mecânicas são de grande interesse, ”Ele notou. “Entender como isso se fragmenta é uma questão interessante que tem implicações importantes. Mas mesmo com esses defeitos, o grafeno ainda é espetacularmente forte. ”