Camada sobre camada:o método é promissor para a produção de filmes de grafeno de duas ou três camadas
p Quando compostos de bromo ou cloro (representados em azul) são introduzidos em um bloco de grafite (mostrado em verde), os átomos encontram seu caminho na estrutura entre cada terceira folha, aumentando assim o espaçamento entre essas folhas e tornando mais fácil separá-las. Imagem:Chih-Jen Shih / Christine Daniloff
p Grafeno, uma forma de carbono puro organizado em uma rede com apenas um átomo de espessura, tem interessado inúmeros pesquisadores com sua força única e sua condutividade elétrica e térmica. Mas uma propriedade chave que falta - o que o tornaria adequado para uma infinidade de novos usos - é a capacidade de formar um gap, necessário para dispositivos como transistores, chips de computador e células solares. p Agora, uma equipe de cientistas do MIT descobriu uma maneira de produzir grafeno em quantidades significativas em uma forma de duas ou três camadas. Quando as camadas estão organizadas corretamente, essas estruturas dão ao grafeno o gap muito desejado - uma faixa de energia que fica entre as bandas, ou níveis de energia, onde os elétrons podem existir em um determinado material.
p “É um avanço na tecnologia do grafeno, ”Diz Michael Strano, o Charles e Hilda Roddey Professor Associado de Engenharia Química no MIT. O novo trabalho é descrito em artigo publicado esta semana na revista.
Nature Nanotechnology , coautoria do estudante de graduação Chih-Jen Shih, Professor de Engenharia Química Daniel Blankschtein, Strano e 10 outros alunos e pós-doutorandos.
p O grafeno foi comprovado pela primeira vez em 2004 (um feito que levou ao Prêmio Nobel de Física de 2010), mas torná-lo em quantidades grandes o suficiente para qualquer coisa que não seja pesquisa de laboratório em pequena escala tem sido um desafio. O método padrão continua usando fita adesiva para coletar minúsculos flocos de grafeno de um bloco de grafite altamente purificado (o material de grafite de lápis) - uma técnica que não se presta à produção em escala comercial.
p O novo método, Contudo, pode ser realizado em uma escala que abre a possibilidade de real, aplicações práticas, Strano diz, e torna possível produzir o arranjo preciso das camadas - chamadas A-B empilhadas, com os átomos em uma camada centralizados sobre os espaços entre os átomos na próxima - isso produz propriedades eletrônicas desejáveis.
p “Se você quiser um monte de bicamadas empilhadas A-B, esta é a única maneira de fazer isso, ”Diz ele.
p O truque tira proveito de uma técnica desenvolvida originalmente já nas décadas de 1950 e 1960 pela professora do MIT Institute Mildred Dresselhaus, entre outros:compostos de bromo ou cloro introduzidos em um bloco de grafite encontram naturalmente seu caminho na estrutura do material, inserindo-se regularmente entre todas as outras camadas, ou, em alguns casos, a cada terceira camada, e empurrando as camadas ligeiramente mais afastadas no processo. Strano e sua equipe descobriram que quando o grafite é dissolvido, ele naturalmente se separa onde os átomos adicionados estão, formando flocos de grafeno com duas ou três camadas de espessura.
p “Como esse processo de dispersão pode ser muito suave, acabamos com flocos muito maiores ”do que qualquer um fez usando outros métodos, Strano diz. “O grafeno é um material muito frágil, por isso, requer um processamento suave. ”
p Essas formações são “um dos candidatos mais promissores para a nanoeletrônica pós-silício, ”Dizem os autores em seu artigo. Os flocos produzidos por este método, tão grande quanto 50 micrômetros quadrados de área, são grandes o suficiente para serem úteis para aplicativos eletrônicos, eles dizem. Para provar o ponto, eles foram capazes de fabricar alguns transistores simples no material.
p O material agora pode ser usado para explorar o desenvolvimento de novos tipos de dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos, Strano diz. E ao contrário da abordagem de "fita adesiva" para fazer grafeno, “Nossa abordagem é industrialmente relevante, ”Strano diz.
p James Tour, professor de química e de engenharia mecânica e ciência dos materiais na Rice University, que não estava envolvido nesta pesquisa, diz que o trabalho envolveu “experimentos brilhantes” que produziram estatísticas convincentes. Ele acrescentou que mais trabalho seria necessário para melhorar o rendimento do material de grafeno utilizável em suas soluções, agora em cerca de 35 a 40 por cento, para mais de 90 por cento. Mas uma vez que isso seja alcançado, ele diz, this solution-phase method could dramatically lower the cost of these unique materials and speed the commercialization of them in applications such as optical electronics and conductive composites.
p While its hard to predict how long it will take to develop this method to the point of commercial applications, Strano says, its coming about at a breakneck pace. A similar solvent-based method for making single-layer graphene is already being used to manufacture some flat-screen television sets, and this is definitely a big step toward making bilayer or trilayer devices, he says.
p The work was supported by grants from the U.S. Office of Naval Research through a multi-university initiative that includes Harvard University and Boston University along with MIT, as well as from the Dupont/MIT Alliance, a David H. Koch fellowship, and the Army Research Office through the Institute for Soldier Nanotechnologies at MIT.
Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.
