p Cientistas do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA começaram a usar "estênceis" moleculares para preparar o caminho para novos materiais que poderiam potencialmente encontrar seu caminho em futuras gerações de células solares, catalisadores e cristais fotônicos. p Pesquisadores do Centro de Materiais em Nanoescala e Divisão de Sistemas de Energia da Argonne desenvolveram uma técnica conhecida como síntese de infiltração sequencial (SIS), que se baseia na criação de domínios químicos em nanoescala automontados nos quais outros materiais podem ser cultivados. Nesta técnica, um filme composto de grandes moléculas chamadas de copolímeros em bloco atua como um modelo para a criação de um material padronizado altamente ajustável.

p Este novo método representa uma extensão da deposição da camada atômica (ALD), uma técnica popular para síntese de materiais que é rotineiramente usada por cientistas de Argonne. Em vez de apenas colocar filmes bidimensionais de diferentes nanomateriais uns sobre os outros, Contudo, O SIS permite que os cientistas construam materiais com geometrias muito mais complexas.

p “Esta nova técnica nos permite criar materiais que simplesmente não eram possíveis com ALD ou copolímeros em bloco sozinhos, ”Disse Seth Darling, um nanocientista de Argonne que ajudou a desenvolver SIS em colaboração com o químico de Argonne Jeff Elam. “Ter a capacidade de controlar a geometria do material que estamos fabricando, bem como sua composição química, abre a porta para todo um universo de novos materiais.”

p De acordo com Darling, o sucesso da técnica depende da química única dos copolímeros em bloco. Cada copolímero em bloco é composto de duas subunidades quimicamente distintas; por exemplo, uma subunidade pode ter afinidade com a água, enquanto a outra pode repelir água. Nesse caso, gostaria de procurar como, criando uma matriz heterogênea de regiões homogêneas intercaladas.

p “Você pode pensar em um copolímero em bloco como um par de gêmeos siameses moleculares, onde um gosta de falar e outro de ler em silêncio, ”Disse Darling. “Se você colocar um monte desses gêmeos juntos em uma sala, os falantes vão tentar estar perto dos falantes e os leitores vão tentar estar perto dos leitores, mas eles não podem simplesmente se separar de cada lado da sala, e é essa ação que nos dá as geometrias que procuramos. ”

p Dependendo do substrato inicial, os copolímeros em bloco, e o processamento que os cientistas de materiais usam, regiões podem se formar com muitas formas diferentes, de esférico a cilíndrico para planar. Embora existam muitos tipos de copolímeros em bloco, em geral, eles não podem servir para uma ampla gama de finalidades como os materiais inorgânicos. O desafio, de acordo com Darling, é trazer a automontagem de copolímeros em bloco com a funcionalidade de materiais inorgânicos.

p As propriedades físicas e químicas de um material gerado usando SIS dependem de como a química e a morfologia do copolímero de bloco interagem com a química das técnicas ALD. “Podemos adaptar nossos esforços de síntese de materiais de uma maneira muito mais precisa do que jamais poderíamos antes, ”Disse Darling.

p Darling e Elam passaram a maior parte de suas carreiras na Argonne focados no desenvolvimento de novos tipos de materiais, incluindo o desenvolvimento de células solares que combinam componentes orgânicos e inorgânicos. Eles acreditam que os tipos de materiais que o SIS pode gerar irão conduzir as tecnologias fundamentais de energia solar para maior eficiência e menor custo.

p “Nosso futuro de energia solar não tem uma solução única para todos, ”Elam disse. “Precisamos investigar o problema de muitos ângulos diferentes com muitos materiais diferentes, e o SIS dará a pesquisadores como nós muitas novas rotas de ataque. ”