p (PhysOrg.com) - Enquanto muitos laboratórios estão tentando sintetizar com eficiência grandes folhas bidimensionais de grafeno, uma equipe de pesquisadores da Suécia e do Reino Unido está investigando a síntese de tiras muito finas de grafeno com apenas alguns átomos de largura. Em contraste com o grafeno, essas nanofitas de grafeno têm uma estrutura eletrônica única, incluindo um intervalo de banda diferente de zero, o que os torna candidatos promissores para aplicações em semicondutores. Mas, como acontece com as folhas de grafeno, um dos maiores desafios por enquanto é encontrar uma maneira de sintetizar com eficiência essas nanofitas de grafeno. p Em seu estudo, os pesquisadores Jonas Björk e Sven Stafström da Linköping University na Suécia e Felix Hanke da University of Liverpool no Reino Unido usaram um poderoso supercomputador na Linköping University para investigar como nanofitas de grafeno crescem a partir de um polímero de antraceno em um substrato de ouro. Os resultados de seu estudo são publicados em uma edição recente do Jornal da American Chemical Society .

p Os cientistas descobriram que, no mais provável processo de crescimento do nanoribão, o substrato de ouro atua como mais do que apenas um suporte onde a reação pode ocorrer. O ouro realmente catalisa a reação atraindo átomos de hidrogênio do polímero de antraceno (que é feito de anéis de benzeno) para se ligar à superfície do ouro, iniciar a primeira etapa da reação. Neste processo de "desidrogenação", dois átomos de hidrogênio de cada unidade do polímero de antraceno são transferidos para a superfície do ouro, deixando para trás uma ligação carbono-carbono. A ligação carbono-carbono faz parte da estrutura em favo de mel do grafeno. Enquanto isso, os átomos de hidrogênio são liberados da superfície do ouro por meio da dessorção no vácuo.

p O supercomputador também revelou que essa reação de desidrogenação se repete devido aos efeitos da cooperatividade positiva:quando uma unidade de polímero tem um vizinho que tem uma ligação carbono-carbono, sua probabilidade de sofrer a mesma reação e obter sua própria ligação carbono-carbono aumenta. O resultado é que a reação, que começa em uma extremidade do polímero, se propaga unidade por unidade através de todo o polímero de uma forma semelhante a um dominó. Depois de vários minutos, todo o polímero é transformado em uma nanofita de grafeno bem definida com uma largura de sete átomos de carbono.

p Descobrir como as nanofitas de grafeno são sintetizadas dessa forma é um processo complicado em escala molecular que só pode ser desvendado em detalhes por supercomputadores poderosos. Embora existam alguns outros caminhos de reação que a reação pode tomar, os pesquisadores calcularam que esta reação é altamente favorecida em relação às outras:Eles estimaram que 10, 000 reações ocorrem ao longo dessa rota do que pela segunda reação mais favorável. Compreender a reação permitirá que os pesquisadores identifiquem o melhor método de fabricação para experimentos e desenvolvimentos futuros.

p “Esta é uma questão sobre como construir materiais, tanto 'de baixo para cima' (síntese de seus constituintes) ou 'de cima para baixo' (pegando algo maior e cortando-o no tamanho certo), ”Hanke disse PhysOrg.com . “A abordagem de baixo para cima na abordagem das nanofitas de grafeno é muito interessante, pois nos permite começar com o limite de tamanho final para um material (um átomo, ou, dizer, uma pequena molécula) e, em seguida, adicione apenas as peças que são realmente, realmente necessário. Além disso, também nos permite fazer nanofitas de grafeno que têm consistentemente a mesma largura de, dizer, sete Angstroms (7x10 ^-10 m), simplesmente certificando-se de que os ingredientes são apenas poliantraceno e não nada muito maior. Isso parece trivial, mas é realmente muito difícil de conseguir em abordagens de cima para baixo, particularmente se a precisão atômica for desejada. ”

p As aplicações das nanofitas de grafeno (e do próprio grafeno) ainda estão nos estágios iniciais, mas suas propriedades fazem com que os materiais pareçam promissores. Estudos anteriores mostraram que controlar as larguras e estruturas de borda de nanofitas de grafeno pode ajustar as propriedades eletrônicas das fitas, o que pode levar à eletrônica de base molecular, como transistores. Ao compreender melhor como as nanofitas de grafeno crescem, incluindo o papel catalítico do substrato de ouro e o efeito dominó da reação, os cientistas deram mais um passo em direção a essa tecnologia futura.

p “O principal exagero por trás das nanofitas de grafeno é que você deve ser capaz de usá-las para aplicações de semicondutores, que é devido à sua estrutura eletrônica altamente desejável que é diferente da estrutura eletrônica do grafeno, ”Hanke disse. “A beleza das nanofitas de grafeno é que sua resposta eletrônica é determinada simplesmente por sua forma. Portanto, ser capaz de compreender e construir nanofitas de grafeno de maneira controlada é um processo muito importante para o desenvolvimento contínuo da eletrônica. Em particular para nanofitas à base de antraceno, temos uma largura que ainda é cerca de 30 vezes menor do que a que está disponível na atual eletrônica baseada em semicondutores. ” p Copyright 2011 PhysOrg.com.
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