p (Phys.org) - Pode parecer impossível que um pedaço de grafeno de 1 nm de espessura - feito de apenas uma única camada de átomos de carbono e contendo alguns átomos de cloro e flúor - possa funcionar como um motor de combustão de dois tempos. Afinal, na macroescala, motores de dois tempos são freqüentemente usados ​​para alimentar dispositivos como motosserras e motocicletas. Embora a versão em nanoescala também seja muito poderosa, suas aplicações potenciais em nanodispositivos de próxima geração seriam, obviamente, muito diferentes. p Embora os projetos de micro / nano motores sejam frequentemente inspirados em motores macroscópicos, este é o primeiro motor em nanoescala que imita um motor de combustão interna, apesar do uso generalizado de motores de dois e quatro tempos desde 19 ^º século.

p Pesquisadores Jong Hak Lee, et al., do grupo do Prof. Barbaros Özyilmaz 'no Graphene Research Centre da National University of Singapore, publicaram um artigo sobre o minúsculo motor de grafeno em uma edição recente da Nano Letras .

p “A beleza dessa abordagem é que nosso motor é muito simples e praticamente não tem subprodutos (escapamento), nem precisamos de condições de trabalho específicas; portanto, acreditamos que este é um motor viável para nanomáquinas para aplicações variadas, "Lee disse Phys.org . "Semelhante ao dos veículos do dia-a-dia, um nano-motor ou rotor que pode gerar movimento direcional em nanoescala é essencial para aplicações em nanomáquinas ou nanorrobóticas. O grafeno é conhecido por ter a maior resistência entre os materiais, o que é muito útil para este aplicativo. Esta é a primeira vez que alguém explorou o grafeno para tais aplicações. Então, esperamos que nosso trabalho inspire outros grupos a apresentarem muitas outras aplicações em potencial. "

p Considerando que em um motor convencional de dois tempos, um pistão se move para cima e para baixo para gerar uma alta pressão, na camada de grafeno com um átomo de espessura, o próprio grafeno é o pistão. Quando um feixe de laser irradia um ponto no grafeno, faz com que o grafeno forme uma pequena bolha em forma de cúpula. Ligar e desligar o laser rapidamente faz com que a bolha suba repetidamente e se torne plana novamente, semelhante ao movimento de um pistão.

p Parte do motivo pelo qual isso funciona é por causa das propriedades mecânicas exclusivas do grafeno, especialmente sua alta elasticidade e resistência. Mas para que o motor de grafeno funcione, os pesquisadores também tiveram que inserir flúor de cloro (ClF ₃ ) moléculas na rede de grafeno. The ClF ₃ as moléculas e os átomos de carbono do grafeno são mantidos juntos por ligações iônicas de carbono-flúor.

p Quando exposto ao feixe de laser, esses laços se dissociam, o que leva a um rápido aumento da pressão entre o grafeno e seu substrato. Essa pressão é de cerca de 1 milhão de Pa, que é várias vezes maior do que a pressão média de um pneu de carro. A alta pressão, por sua vez, leva à formação de uma bolha. Depois que o laser é desligado, o ClF ₃ moléculas chemisorb de volta para o grafeno, a reforma das ligações iônicas, a pressão diminui, e a bolha desaparece.

p Os cientistas observaram que o tamanho da bolha varia com a potência do laser. Por exemplo, A potência do laser de 0,32 mW resulta em uma bolha com um diâmetro de cerca de 550 nm. Acima de 8,5 mW de ciclos repetidos, a pressão torna-se tão alta e a expansão de volume tão grande que a bolha estoura.

p Os pesquisadores demonstraram que o motor de grafeno apresenta confiabilidade excepcional. Depois de 10, 000 ciclos, o motor continua a funcionar sem degradação. O motor de grafeno também é altamente eficiente em termos de energia.

p No futuro, os pesquisadores gostariam de melhorar o motor, explorando os parâmetros de iluminação e a velocidade de ligar / desligar, bem como conectar o mecanismo a uma carga de destino. Eles também esperam investigar suas várias aplicações potenciais.

p "Como uma aplicação simples deste nano motor, poderíamos usar este movimento protuberante do nano motor de grafeno como uma bomba ou válvula para uma aplicação nanofluídica, "Disse Lee." Em última análise, nosso novo motor pode ser facilmente integrado em várias aplicações, combinando técnicas de MEMS ou NEMS para transferir a força gerada para cada um dos componentes. No futuro, pode ser facilmente implantado em nanorrobôs e outras nanomáquinas. " p © 2014 Phys.org