p Uma equipe de pesquisa internacional com membros da Linköping University, a Universidade Técnica de Munique e o Deutsches Museum, entre outros, desenvolveu um método para fabricar polímeros bidimensionais com a espessura de uma única molécula. Os polímeros são formados em uma superfície pela ação da luz. A descoberta abre caminho para novos materiais ultrafinos e funcionais, e foi publicado em Química da Natureza . p A busca por novos materiais bidimensionais se intensificou rapidamente após a descoberta do grafeno - um supermaterial cujas excelentes propriedades incluem alta condutividade e resistência, tornando-o incrivelmente versátil. Duas abordagens principais são usadas para criar materiais ultrafinos. Em primeiro, uma camada contínua de moléculas ou átomos é "removida" da maior parte do material. O grafeno é um exemplo de tal material.

p A outra abordagem, em contraste, envolve a construção do material molécula por molécula, produzindo ligações entre as moléculas de várias maneiras. O problema é que os materiais costumam ser pequenos, frágil e contém muitos defeitos. Isso limita as áreas potenciais de aplicação.

p Uma equipe de pesquisa internacional com membros da Linköping University, a Universidade Técnica de Munique e o Deutsches Museum, entre outros, agora desenvolveu um novo método para fabricar polímeros bidimensionais. A descoberta possibilita o desenvolvimento de novos materiais ultrafinos funcionais com estruturas cristalinas regulares e altamente definidas.

p A manufatura, ou polimerização, do material ocorre em duas etapas. Os pesquisadores usam uma molécula conhecida como "fantrip" - uma contração do "triptycene antraceno fluorado". Esta molécula é uma fusão de dois hidrocarbonetos diferentes - antraceno e triptyceno. As propriedades específicas da fantrip fazem com que as moléculas se organizem espontaneamente em um padrão adequado para fotopolimerização quando são colocadas em uma superfície de grafite coberta com um alcano. Esse processo é conhecido como "auto-organização".

p A próxima etapa é a própria fotopolimerização, quando o padrão deve ser fixado com a ajuda da luz. As moléculas são iluminadas por um laser violeta que excita os elétrons na camada de elétrons mais externa. Isso faz com que ligações covalentes fortes e duráveis ​​se formem entre as moléculas. O resultado é um polímero bidimensional poroso, meio nanômetro de espessura, consistindo em várias centenas de milhares de moléculas ligadas de forma idêntica, em outras palavras, um material com ordem quase perfeita, até o nível atômico.

p “A criação de ligações covalentes entre as moléculas requer muita energia. A forma mais comum de fornecer energia é elevando a temperatura, mas isso também faz com que as moléculas comecem a se mover. Portanto, não funcionará com moléculas auto-orgânicas, uma vez que o padrão ficaria desfocado. Usar a luz para criar ligações covalentes preserva o padrão e o fixa exatamente como o queremos, "diz Markus Lackinger, líder do grupo de pesquisa do Deutsches Museum e da Universidade Técnica de Munique.

p Uma vez que a fotopolimerização é realizada sobre uma superfície de grafite sólida, é possível acompanhar o processo em escala molecular usando microscopia de tunelamento de varredura. Isso mostra os vínculos recém-formados em uma rede persistente. Para confirmar a atribuição da estrutura, o grupo de pesquisa simulou o aparecimento de redes moleculares no microscópio em diferentes estágios da reação.

p Jonas Björk é professor assistente na Divisão de Design de Materiais do Departamento de Física, Química e Biologia na Linköping University. Ele usou recursos de computação de alto desempenho no National Supercomputer Center em Linköping para validar os experimentos e compreender os principais fatores que tornam o método bem-sucedido.

p "Vemos que as simulações estão de acordo com a realidade nos mínimos detalhes, e também podemos entender por que nosso sistema específico fornece resultados tão úteis. O próximo passo da pesquisa será ver se o método pode ser usado para ligar outras moléculas para novos materiais bidimensionais e funcionais. Ao melhorar o método, também seremos capazes de controlar e adaptar o tipo de materiais ultrafinos que pretendemos fabricar, "diz Jonas Björk.

p A polimerização ocorre no vácuo, o que garante que o material não seja contaminado. Contudo, o filme de polímero bidimensional final também é estável sob condições atmosféricas, o que é uma vantagem para aplicações futuras. Markus Lackinger acredita que o material encontrará muitas aplicações concebíveis.

p “A aplicação mais óbvia é usar o material como filtro ou membrana, mas aplicações que não temos nenhuma ideia no momento em contextos totalmente diferentes podem aparecer no horizonte, também por acaso. É por isso que a pesquisa básica é tão emocionante, "diz Markus Lackinger.