p (PhysOrg.com) - Os cientistas não têm problema em fazer uma coleção de objetos do tamanho de nanômetros - fios, tubos, cintos, e até mesmo estruturas semelhantes a árvores. O que eles às vezes não conseguem fazer é explicar precisamente como esses objetos se formam nos caldeirões de vapor e líquido em que são feitos. p Agora uma equipe liderada pelo químico Song Jin da Universidade de Wisconsin-Madison, escrevendo esta semana (23 de abril, 2010) no jornal Ciência , mostra que um defeito simples do cristal conhecido como "deslocamento do parafuso" impulsiona o crescimento de nanotubos de óxido de zinco ocos com apenas alguns milionésimos de centímetro de espessura.

p A descoberta é importante porque fornece uma nova visão sobre os processos que orientam a formação das menores estruturas fabricadas, um desafio significativo em nanociência e nanotecnologia. "Achamos que este trabalho fornece uma estrutura teórica geral para controlar o crescimento de nanofios ou nanotubos sem o uso de catalisadores de metal que podem ser geralmente aplicáveis ​​a muitos materiais, "diz Jin, um professor de química da UW-Madison.

p Esses materiais e as estruturas liliputianas que os cientistas esculpem já encontraram amplas aplicações em coisas como a eletrônica, energia solar, bateria e tecnologia a laser, e sensoriamento químico e biológico. Ao expandir ainda mais a teoria de como as estruturas minúsculas se formam, agora deve ser possível para os cientistas desenvolver novos métodos para produzir em massa objetos de tamanho nanométrico usando uma variedade de materiais diferentes.

p O método descrito por Jin e seus colegas depende do que os cientistas chamam de deslocamento do parafuso. Os deslocamentos são fundamentais para o crescimento e as características de todos os materiais cristalinos. Como o nome indica, esses defeitos solicitam a criação de etapas espirais em uma face de cristal sem defeito. À medida que os átomos acendem na superfície do cristal, eles formam uma estrutura notavelmente semelhante em aparência às rampas em espiral de estruturas de estacionamento de vários andares. Em trabalhos anteriores, Jin e seu grupo de pesquisa mostraram que os deslocamentos dos parafusos impulsionam o crescimento de estruturas de nanofios unidimensionais que pareciam pequenos pinheiros. Este, diz Jin, foi uma pista crítica para a compreensão da cinética do crescimento espontâneo de nanotubos.

p A chave para entender como aproveitar o defeito para fazer nanoestruturas de forma racional, Jin explica, é saber que, à medida que os átomos se acumulam na superfície de uma espiral de deslocamento, a tensão associada aos deslocamentos dos parafusos se acumula nas estruturas minúsculas que eles criam.

p Acontece que "tornar a estrutura oca e torcê-la são duas boas maneiras de aliviar essa tensão e estresse, "Jin explica." Em alguns casos, a grande energia de deformação do deslocamento do parafuso contida no nanomaterial dita que o material esvazie seu centro em torno do deslocamento, resultando assim na formação espontânea de nanotubos. "

p O fenômeno descrito no novo trabalho de Wisconsin difere de maneiras significativas dos mecanismos tradicionais de fabricação de nanoestruturas ocas. Os cientistas agora usam modelos para "moldar" nanotubos ou, alternativamente, um processo de difusão para converter um material em outro com um núcleo oco. Nanotubos de carbono são feitos, essencialmente, enrolando uma única camada de átomos de carbono com o padrão de um favo de mel.

p Os fenômenos descritos pela equipe de Wisconsin, Jin acrescenta, deve se aplicar a materiais além do óxido de zinco:"A compreensão da formação de nanotubos certamente nos ajudará a entender fenômenos relacionados em outros materiais."

p Refinado, o novo conhecimento poderia, em última análise, ser voltado para grande escala, produção de nanomateriais de baixo custo para uma ampla gama de aplicações. Mais promissora, diz Jin, é a área de energia renovável, onde grandes quantidades de tais materiais podem ser implantados para converter a luz solar em eletricidade, e fornecer novas matérias-primas para eletrodos de bateria e dispositivos termoelétricos.