p Cientistas do Laboratório Ames do Departamento de Energia dos EUA e seus colaboradores da Iowa State University desenvolveram uma nova abordagem para a geração em camadas, difícil de combinar, sólidos heteroestruturados. Materiais heteroestruturados, composto por camadas de blocos de construção diferentes exibem transporte eletrônico exclusivo e propriedades magnéticas que são governadas por interações quânticas entre seus blocos de construção estruturalmente diferentes, e abrir novos caminhos para aplicações eletrônicas e de energia. p A técnica para fazê-los é simples, e contra-intuitivo - envolve quebrar os materiais prístinos para construir novos. Chamado de mecanoquímica, a técnica usa moagem de bolas para separar sólidos estruturalmente incomensuráveis ​​- aqueles que não têm arranjos atômicos correspondentes - e remontá-los em conjuntos hetero "desajustados" tridimensionais (3-D) únicos. Esmagar coisas por moagem parece ser a maneira menos plausível de alcançar a ordenação atômica, mas acabou sendo mais bem-sucedido do que os próprios cientistas imaginavam.

p "Um colega meu comentou que nossas ideias seriam ingênuas ou brilhantes, "disse Viktor Balema, Cientista Sênior do Laboratório Ames. "Algum tempo atrás, descobrimos a reorganização estocástica de dichalcogenetos de metal em camadas (TMDCs) em hetero-montagens 3-D durante a moagem mecânica. Foi uma completa surpresa para nós e despertou nossa curiosidade sobre a possibilidade de ordenação atômica por meio do processamento mecanoquímico."

p Os calcogenetos metálicos costumam ser únicos em suas propriedades e usos. Eles podem exibir comportamentos de transporte de elétrons notáveis ​​que vão desde a completa falta de condutividade elétrica até a supercondutividade, propriedades foto e termoelétricas, flexibilidade mecânica e, especialmente, a capacidade de formar monocamadas bidimensionais estáveis, heteroestruturas tridimensionais, e outros materiais quânticos em nanoescala.

p "Nanoestruturas de compostos em camadas inadequadas (MLC) na forma de nanotubos, nanofilmes (ferecristais) e folhas esfoliadas têm sido investigados por mais de uma década e oferecem um rico campo de pesquisa e, possivelmente, também aplicações interessantes em energia renovável, catálise e optoeletrônica, "disse Reshef Tenne do Weizmann Institute of Science, Israel, e especialista em síntese de nanoestruturas. "Um obstáculo para sua aplicação em larga escala é a alta temperatura e processos de crescimento demorados, que são proibitivos para aplicações em grande escala. O processo mecanoquímico desenvolvido pelo grupo Balema no Ames Lab, além de ser estimulante cientificamente, nos traz um passo mais perto de realizar aplicações realistas para esses materiais intrigantes. "

p Tipicamente, esses materiais complexos, especialmente aqueles com as estruturas e propriedades mais incomuns, são feitos usando duas abordagens sintéticas diferentes. O primeiro, conhecido como síntese de cima para baixo, emprega blocos de construção bidimensionais (2-D) para montá-los, usando técnicas de manufatura aditiva. A segunda abordagem, amplamente definido como síntese de baixo para cima, usa reações químicas graduais envolvendo elementos puros ou pequenas moléculas que depositam monocamadas individuais umas sobre as outras. Ambos são meticulosos e têm outras desvantagens, como baixa escalabilidade para uso em aplicativos do mundo real.

p A equipe do Ames Laboratory combinou esses dois métodos em um processo mecanoquímico que simultaneamente esfolia, desintegra e recombina os materiais de partida em novas heteroestruturas, embora suas estruturas de cristal não se encaixem bem (ou seja, desajustadas). Cálculos teóricos (DFT), apoiado pelos resultados da difração de raios-X, microscopia eletrônica de transmissão de varredura, Espectroscopia Raman, estudos de transporte de elétrons e, pela primeira vez, experimentos de ressonância magnética nuclear de estado sólido (NMR), explicou o mecanismo de reorganização dos materiais precursores e as forças motrizes por trás da formação de novas heteroestruturas 3-D durante o processamento mecânico.

p "A espectroscopia de NMR de estado sólido é uma técnica ideal para a caracterização de materiais em pó obtidos a partir da mecanoquímica, "disse Aaron Rossini, Cientista do Ames Laboratory e professor de química na Iowa State University. "Combinando informações obtidas a partir de espectroscopia de NMR de estado sólido com outras técnicas de caracterização, podemos obter uma imagem completa das heteroestruturas 3-D."

p A pesquisa é discutida mais detalhadamente no artigo, "Geração sem precedentes de heteroestruturas 3-D por desmontagem mecanoquímica e reordenamento de calcogenetos de metal incomensuráveis, "de autoria de Oleksandr Dolotko, Ihor Z. Hlova, Arjun K. Pathak, Yaroslav Mudryk, Vitalij K. Pecharsky, Prashant Singh, Duane D. Johnson, Brett W. Boote, Jingzhe Li, Emily A. Smith, Scott L. Carnahan, Aaron J. Rossini, Lin Zhou, Ely M. Eastman, e Viktor P. Balema; e publicado em Nature Communications .