(PhysOrg.com) - Os pesquisadores superaram um grande obstáculo nos esforços para usar estruturas minúsculas chamadas nanotubos de carbono para criar uma nova classe de eletrônicos que seriam mais rápidos e menores do que os transistores convencionais à base de silício.

Nanotubos de carbono, que foram descobertos no início da década de 1990, poderia tornar possível mais poderoso, computadores compactos e com baixo consumo de energia, bem como "nanofios" ultrafinos para circuitos eletrônicos. Os nanotubos podem ser ideais para a eletrônica do futuro porque conduzem eletricidade de forma mais eficiente do que qualquer outro metal, mas sua aplicação prática requer que sejam fabricados de acordo com padrões específicos.

Agora cientistas da Divisão de Ciência de Materiais do Honda Research Institute USA Inc., A Purdue University e a University of Louisville aprenderam como controlar a formação de nanotubos de carbono para que tenham propriedades metálicas ou semicondutoras.

"Este problema de como controlar se você tem um metal ou um semicondutor é o principal obstáculo para fazer transistores de nanotubos de carbono, "disse Eric Stach, professor associado de engenharia de materiais em Purdue. "A eletrônica de estado sólido é construída em torno do fato de que você pode controlar as propriedades semicondutoras do silício."

Os resultados serão detalhados em um artigo de pesquisa publicado na sexta-feira (2 de outubro) no jornal Ciência . A pesquisa é liderada por Avetik Harutyunyan, cientista principal do Honda Research Institute USA Inc. em Columbus, Ohio.

"Este é o primeiro relatório que mostra que podemos controlar de forma bastante sistemática se os nanotubos de carbono são metálicos ou semicondutores, "Harutyunyan disse." Temos uma taxa de 91 por cento de sucesso na produção de nanotubos metálicos. "

Os transistores baseados em silício controlam o fluxo de elétrons usando combinações específicas de metais e semicondutores. Os pesquisadores estão trabalhando para aprender como controlar com precisão as propriedades dos nanotubos de carbono para que possam ser usados ​​tanto como semicondutores quanto como componentes metálicos de transistores.

"Geralmente, o carbono não é um metal, mas os nanotubos de carbono com uma configuração particular são, "Stach disse.

Semicondutores, como o silício, às vezes se comportam como condutores e às vezes como isolantes, enquanto os metais sempre se comportam como condutores. Os pesquisadores sabem há vários anos que os nanotubos de carbono se formam aleatoriamente de modo que às vezes são metálicos e às vezes semicondutores, mas até agora eles não sabiam as razões precisas do porquê.

Os nanotubos de carbono podem ser visualizados como folhas de átomos de carbono com uma camada de espessura e enrolados em tubos. Muito parecido com o passo de um parafuso, eles podem ter uma configuração diferente, dependendo de como eles rolam, e esta configuração determina se eles conduzem como um metal ou um semicondutor.

Os nanotubos são "cultivados" em uma câmara de vácuo, expondo partículas de ferro ao gás metano. O gás contém carbono e hidrogênio, e as partículas de ferro atuam como um catalisador para liberar carbono do gás. As partículas são aquecidas a cerca de 800 graus Celsius, ou mais de 1, 400 graus Fahrenheit. Com o aumento da exposição, o ferro eventualmente contém muito carbono e se torna "supersaturado". Como resultado, o carbono precipita como um sólido, fazendo com que o nanotubo comece a se formar.

Os pesquisadores da Honda aprenderam recentemente que poderiam controlar se os nanotubos de carbono se tornariam metal ou semicondutor usando argônio ou hélio como "gases portadores" para ajudar a fluir o metano para a câmara na presença de água.

Pesquisadores em Louisville usaram a técnica para produzir grandes quantidades de nanotubos e fizeram medições elétricas cuidadosas para confirmar se os nanotubos eram metálicos ou semicondutores.

Os pesquisadores do Purdue obtiveram imagens de alta resolução usando um instrumento chamado microscópio eletrônico de transmissão para determinar por que o processo funciona.

"O instrumento permite que você tire imagens enquanto os nanotubos estão se formando, "Stach disse." Podemos ver a estrutura atômica dos materiais ao mesmo tempo em que observamos como o meio ambiente os afeta. "

A parte Purdue da pesquisa é baseada no Birck Nanotechnology Center no Discovery Park da universidade.

"Essas descobertas fornecem uma janela para a relação íntima entre a estrutura atômica da nanopartícula do catalisador e o nanotubo de carbono que cresce a partir dessa nanopartícula do catalisador, "disse Timothy D. Sands, a Mary Jo e Robert L. Kirk Diretor do Birck Nanotechnology Center. "Os resultados também mostram que a estrutura atômica da nanopartícula do catalisador pode ser controlada pelo gás transportador ambiente, uma ligação que pode representar o primeiro passo em direção a uma solução para um dos desafios mais incômodos da nanotecnologia. "

Os pesquisadores do Purdue aprenderam que, se o hélio for usado em vez de argônio, as partículas de ferro têm tamanho e forma específicos e também facetas pronunciadas, mas as facetas diminuem e o tamanho das partículas varia quando o argônio é usado.

"As facetas se formam quase em ângulos retos, mas quando você muda de hélio para argônio, essas facetas se completam, "Stach disse." O hélio e a presença dessas facetas fortes, junto com o tamanho das partículas de ferro, parece ser o que permite a criação dos nanotubos metálicos.

"Nossos resultados indicam que você pode ser capaz de controlar o tamanho e a forma do catalisador o suficiente para controlar a estrutura e, portanto, a condutividade dos nanotubos. É a primeira demonstração de uma relação determinística entre o estado do catalisador e a estrutura de nanotubo resultante. "

Os pesquisadores não têm certeza do papel que a água desempenha no processo.

“A água pode promover a formação das facetas, e o argônio pode de alguma forma impedir que a água faça isso, mas são necessárias mais pesquisas para determinar isso, "Stach disse.

O trabalho está em andamento e é financiado pela Honda.

Fonte:Purdue University (notícias:web)