p Uma nova pesquisa na Rice University poderia finalmente mostrar aos cientistas a maneira de fazer lotes de nanotubos de um único tipo. p Um artigo no jornal online Cartas de revisão física revela uma fórmula elegante do físico Boris Yakobson da Rice University e seus colegas que define a energia de um pedaço de grafeno cortado em qualquer ângulo.

p Yakobson, professor de engenharia mecânica e ciência dos materiais e química, disse que isso por si só é significativo porque a forma como o grafeno lida com a energia depende do ângulo - ou quiralidade - de sua borda, e resolver esse processo para ângulos estranhos tem sido extremamente desafiador. Mas, ele escreveu, a pesquisa tem "profundas implicações no contexto do crescimento dos nanotubos, oferecendo maneiras racionais de controlar sua simetria quiral, um objetivo tentador, mas até agora indescritível. "

p O grafeno é a forma de carbono com um único átomo de carbono que se tornou de enorme interesse por seu potencial de revolucionar a eletrônica, ótica, sensores e dispositivos mecânicos. Conseguir entender como essa folha de átomos de carbono em forma de arame transporta eletricidade tem sido o foco de intenso estudo.

p Uma folha de grafeno com bordas em zigue-zague ou poltrona fica bem quadrada. Os ziguezagues são metálicos, poltronas são semicondutores, e seus átomos marcam em ordem, uniformemente espaçados, ao longo das bordas. 30 graus completos de rotação separam um do outro.

p Mas se os hexágonos que compõem uma folha são deslocados menos de 30 graus, átomos ao longo de uma borda reta são espaçados de forma desigual. "Isso torna a análise da energia muito complicada, porque é uma grande estrutura irregular. É como barulho, "Yakobson disse." Nós encontramos uma maneira de calcular as energias nesses ângulos arbitrários, " ele disse.

p Yakobson e seus co-autores, Yuanyue Liu, um estudante de graduação em seu laboratório, e Alex Dobrinsky, um ex-aluno de graduação e agora um pesquisador de pós-doutorado na Brown University, logo se perguntou como essas descobertas se aplicavam aos nanotubos de carbono.

p "Existem tantas maneiras de rolar grafeno em um nanotubo quanto há maneiras de rolar um jornal, "Yakobson disse." O texto pode ser alinhado circunferencialmente ou executado em linha reta ao longo do eixo ou espiral em um ângulo. "

p Embora enrolar um jornal torne-o difícil de ler, enrolar o carbono em um nanotubo torna relativamente fácil "ler" seu tipo - seja poltrona, zigue-zague ou alguma variação intermediária. O que é impossível é controlar como o tubo vai rolar. O processo tende a ser bem ou mal, deixando aos pesquisadores a tarefa de separar os nanotubos de que precisam do volume por meio de ultracentrifugação ou outros procedimentos caros.

p Yakobson disse que seria uma verdadeira virada de jogo se eles pudessem, por exemplo, crescer lotes de nanotubos de poltrona puros para uso em projetos como nanofios quânticos de poltrona (AQW). Como imaginado por Richard Smalley, ganhador do Nobel de Rice, O AQW poderia revolucionar a rede elétrica do país ao transportar 10 vezes mais eletricidade do que o cobre, com apenas um sexto do peso.

p O trabalho de Yakobson pode abrir um caminho para isso. A quiralidade de um nanotubo é determinada pela combinação de energias em jogo em sua nucleação. "Quando acaba de emergir da 'sopa primordial' de carbono, a borda do tubo é essencialmente igual à borda do grafeno, " ele disse.

p "Inicialmente, é apenas um boné. Ainda não há haste. Você está fritando essas tampas em uma frigideira, e eles estão borbulhando, "disse ele." A probabilidade de surgirem diferentes bolhas é controlada pela energia em torno da borda. "

p A quiralidade do nanotubo nascente é definida quando os átomos na tampa se automontam um sexto pentágono (necessário para moldar os hexágonos em uma cúpula). "É onde podemos, Eu acho que pela primeira vez, fazer algum julgamento quantitativo sobre como as diferentes estruturas quirais emergem, "Yakobson disse.

p Pode valer a pena os esforços dos químicos para examinar mais de perto a energia entre o catalisador e a estrutura de carbono. "Isso tem alguma promessa, "disse ele." Se você pode ajustar essa preferência, se você pode mudar a energia do lado do catalisador, você muda a preferência da quiralidade. E então você pode dizer a esses carbonos de automontagem, 'Por favor, dance assim; não dance assim. '"

p Yakobson espera que o novo trabalho ajude a resolver o problema de longa data da quiralidade dos nanotubos. “Por quase duas décadas, não tínhamos um bom entendimento desse processo, "disse ele." Na verdade, não tínhamos a menor ideia. Não estou dizendo que esta é uma solução completa, mas esta é a primeira vez que vimos uma abordagem quantitativa, uma ordem no caos aparente. É apenas satisfatório.

p "O resultado final é simples. Descobrimos a borda do grafeno e a conectamos ao Santo Graal dos nanotubos, que é o controle da quiralidade. "