Grafeno, considerado o novo material mais empolgante em estudo no mundo da nanotecnologia, ficou ainda mais interessante, de acordo com um novo estudo realizado por um grupo de pesquisadores da Universidade do Colorado em Boulder.

As novas descobertas - que o grafeno tem qualidades de adesão surpreendentemente poderosas - devem ajudar a orientar o desenvolvimento da fabricação de grafeno e de dispositivos mecânicos à base de grafeno, como ressonadores e membranas de separação de gás, de acordo com a equipe CU-Boulder. Os experimentos mostraram que a extrema flexibilidade do grafeno permite que ele se adapte à topografia até mesmo dos substratos mais lisos.

O grafeno consiste em uma única camada de átomos de carbono quimicamente ligados em uma rede hexagonal de arame. Sua estrutura atômica única poderia algum dia substituir o silício como base de dispositivos eletrônicos e circuitos integrados por causa de sua notável estrutura elétrica, propriedades mecânicas e térmicas, disse o professor assistente Scott Bunch do departamento de engenharia mecânica CU-Boulder e principal autor do estudo.

Um artigo sobre o assunto foi publicado online na edição de 14 de agosto de Nature Nanotechnology . Os co-autores do estudo incluíram os alunos de graduação da CU-Boulder, Steven Koenig e NarasimhaBoddeti, e o professor Martin Dunn, do departamento de engenharia mecânica.

"A verdadeira emoção para mim é a possibilidade de criar novas aplicações que explorem a notável flexibilidade e características adesivas do grafeno e conceber experiências únicas que podem nos ensinar mais sobre as propriedades em nanoescala deste material incrível, "Bunch disse.

Não só o grafeno tem a maior condutividade elétrica e térmica entre todos os materiais conhecidos, mas este "material maravilhoso" tem se mostrado o mais fino, o material mais rígido e forte do mundo, além de ser impermeável a todos os gases padrão. Suas propriedades de adesão recém-descobertas agora podem ser adicionadas à lista de qualidades aparentemente contraditórias do material, disse Bunch.

A equipe CU-Boulder mediu a energia de adesão das folhas de grafeno, variando de uma a cinco camadas atômicas, com um substrato de vidro, usando um "teste de bolha" pressurizado para quantificar a adesão entre as placas de grafeno e de vidro.

A energia de adesão descreve como duas coisas são "pegajosas" quando colocadas juntas. A fita adesiva é um exemplo de material com alta adesão; o lagarto gecko, que aparentemente desafia a gravidade ao aumentar as paredes verticais usando a adesão entre seus pés e a parede, é outro. A adesão também pode desempenhar um papel prejudicial, como em estruturas micromecânicas suspensas, onde a adesão pode causar falha do dispositivo ou prolongar o desenvolvimento de uma tecnologia, disse Bunch.

A pesquisa CU, as primeiras medições experimentais diretas da adesão de nanoestruturas de grafeno, mostraram que as chamadas "forças de van der Waals" - a soma das forças atrativas ou repulsivas entre as moléculas - prendem as amostras de grafeno aos substratos e também mantêm juntas as folhas de grafeno individuais em amostras multicamadas.

Os pesquisadores descobriram que as energias de adesão entre o grafeno e o substrato de vidro eram várias ordens de magnitude maiores do que as energias de adesão em estruturas micromecânicas típicas, uma interação que eles descreveram como mais líquida do que sólida, disse Bunch.

O estudo CU-Boulder foi financiado principalmente pela National Science Foundation e pela Defense Advanced Research Projects Agency.

A importância do grafeno no mundo científico foi ilustrada pelo Prêmio Nobel de Física de 2010, que homenageou dois cientistas da Universidade de Manchester, na Inglaterra, Andre K. Geim e Konstantin Novoselov, para produzir, isolando, identificação e caracterização do grafeno.

Há interesse em explorar as incríveis propriedades mecânicas do grafeno para criar membranas ultrafinas para separações com eficiência energética, como as necessárias para processamento de gás natural ou purificação de água, enquanto as propriedades elétricas superiores do grafeno prometem revolucionar a indústria de microeletrônica, disse Bunch.

Em todos esses aplicativos, incluindo qualquer fabricação de grafeno em grande escala, a interação que o grafeno tem com uma superfície é de importância crítica e um entendimento científico ajudará a impulsionar a tecnologia, ele disse.