Físicos da Universidade de Umea descobriram uma maneira eficiente de sintetizar nanofitas de grafeno diretamente dentro de nanotubos de carbono de parede única. O resultado foi publicado recentemente na revista científica Nano Letters.

Grafeno, um floco de carbono simples de um átomo, tem uma ampla gama de propriedades incomuns e altamente interessantes. Como condutor de eletricidade, tem um desempenho tão bom quanto o do cobre. Como condutor de calor, ele supera todos os outros materiais conhecidos. Existem possibilidades de alcançar fortes variações das propriedades do grafeno, fazendo o grafeno na forma de correias com várias larguras, as chamadas nanofitas. Essas nanofitas são agora o verdadeiro foco de atenção da física e um material extremamente promissor para a eletrônica, células solares e muitas outras coisas. Contudo, não tem sido fácil fazer essas fitas.

O professor associado Alexandr Talyzin e seu grupo de pesquisa no Departamento de Física, Universidade de Umea, junto com colegas do grupo do professor Esko Kauppinen, Aalto University na Finlândia, descobriu uma maneira de usar o espaço oco dentro dos nanotubos de carbono como um reator químico unidimensional para fazer grafeno encapsulado. Uma propriedade intrigante desse espaço é que as reações químicas ocorrem de forma diferente aqui, em comparação com as condições tridimensionais em massa.

“Usamos coroneno e perileno, que são grandes moléculas orgânicas, como blocos de construção para produzir nanofitas de grafeno longas e estreitas dentro dos tubos. A ideia de usar essas moléculas como blocos de construção para a síntese de grafeno foi baseada em nosso estudo anterior, "diz Alexandr Talyzin.

Este estudo revelou que as moléculas de coroneno podem reagir umas com as outras em certas condições para formar dímeros, trímeros e moléculas mais longas em forma de pó a granel. O resultado sugeriu que as moléculas de coroneno podem ser usadas para a síntese de grafeno, mas precisam ser alinhadas de alguma forma em um plano para a reação necessária. O espaço interno dos nanotubos de carbono de parede única parecia ser um lugar ideal para forçar as moléculas na geometria de ponta a ponta necessária para a reação de polimerização.

No novo estudo, os pesquisadores mostram que isso é possível. Quando as primeiras amostras foram observadas por microscopia eletrônica por Ilya Anoshkin na Aalto University, resultados empolgantes foram revelados:todos os nanotubos foram preenchidos com nanofitas de grafeno.

“O sucesso dos experimentos também dependeu muito da escolha dos nanotubos. Nanotubos de diâmetro adequado e de alta qualidade foram fornecidos por nossos coautores da Universidade de Aalto, "diz Alexandr Talyzin.

Mais tarde, os pesquisadores descobriram que a forma das nanofitas de grafeno encapsuladas pode ser modificada pelo uso de diferentes tipos de hidrocarbonetos aromáticos. As propriedades das nanofitas são muito diferentes dependendo de sua forma e largura. Por exemplo, as nanofitas podem ser metálicas ou semicondutoras, dependendo de sua largura e tipo. Interessantemente, nanotubos de carbono também podem ser metálicos, semicondutor (dependendo de seu diâmetro) ou isolante quando quimicamente modificado.

"Isso cria um enorme potencial para uma ampla gama de aplicações. Podemos preparar híbridos que combinem grafeno e nanotubos em todas as combinações possíveis no futuro, "diz Alexandr Talyzin.

Por exemplo, nanofitas metálicas dentro de nanotubos isolantes são fios isolados muito finos. Eles podem ser usados ​​diretamente dentro dos nanotubos de carbono para produzir luz, gerando nano lâmpadas. Nanofitas semicondutoras podem ser usadas para transistores ou aplicações de células solares e a combinação metálico-metálico é, na verdade, um novo tipo de nanocabo coaxial, cabos macroscópicos deste tipo são usados, e. para transmitir sinais de rádio.

O novo método de síntese híbrida é muito simples, facilmente escalável e permite obter quase 100 por cento de enchimento de tubos com nanofitas. As simulações teóricas, realizada por Arkady Krasheninnikov na Finlândia, também mostram que as nanofitas de grafeno mantêm suas propriedades únicas dentro dos nanotubos, enquanto protegidas do meio ambiente por encapsulamento e alinhadas em feixes de nanotubos de parede única.

“O novo material parece muito promissor, mas temos muito trabalho interdisciplinar pela frente no campo da física e da química. Sintetizar o material é apenas um começo. Agora queremos aprender como é elétrico, propriedades magnéticas e químicas e como usar os híbridos para aplicações práticas, "diz Alexandr Talyzin.