Eles são o bloco de construção do grafite - folhas ultrafinas de carbono, apenas um átomo de espessura, cuja descoberta foi elogiada em 2010 com o Prêmio Nobel de Física.

O material aparentemente simples é o grafeno, e muitos pesquisadores acreditam que ele tem um grande potencial para muitas aplicações, de dispositivos eletrônicos a materiais compostos de alto desempenho.

O grafeno é extremamente forte, um excelente maestro, e sem nenhuma estrutura interna, ele oferece uma abundância de área de superfície - muito parecido com uma folha de papel.

Quando se trata de produzir e utilizar grafeno em grande escala, Contudo, os pesquisadores encontraram um grande problema:a tendência do material de se agregar. Como papel, as folhas de grafeno são facilmente empilhadas em pilhas, reduzindo assim muito sua área de superfície e tornando-os improcessáveis.

Pesquisadores da Northwestern University desenvolveram agora uma nova forma de grafeno que não se acumula. O novo material - inspirado em uma lata de lixo cheia de papéis amassados ​​- é feito amassando as folhas de grafeno em bolas.

Um artigo que descreve as descobertas, "Partículas resistentes à compressão e agregação de folhas moles amassadas, "foi publicado em 13 de outubro na revista ACS Nano .

Os materiais à base de grafeno são facilmente agregados devido à forte interação entre as folhas, chamado de "atração Van der Waals". Portanto, etapas comuns no processamento de materiais, como aquecimento, lavagem com solvente, compressão, e mistura com outros materiais, pode afetar muito a forma como as folhas são empilhadas. Quando as folhas semelhantes a papel se unem - imagine um baralho de cartas - sua área de superfície é perdida; com apenas uma fração de sua área de superfície original disponível, o material se torna menos eficaz. As folhas de grafeno empilhadas também se tornam rígidas e perdem sua processabilidade.

Alguns cientistas tentaram manter fisicamente as folhas separadas inserindo "espaçadores" de não carbono entre elas, mas isso muda a composição química do material. Quando o grafeno é amassado em bolas, Contudo, sua área de superfície permanece disponível e o material permanece puro.

"Se você imaginar uma lata de lixo cheia de papel amassado, você realmente entendeu a ideia, "diz Jiaxing Huang, Morris E. Fine Professor Júnior de Materiais e Manufatura, o pesquisador principal do estudo. "As bolas podem se acumular em uma estrutura compacta. Você pode amassá-las com a força que quiser, mas sua área de superfície não será eliminada, ao contrário do empilhamento face a face. "

"Bolas de papel amassadas geralmente expressam uma emoção de frustração, uma experiência bastante comum em pesquisa, "Huang diz, "Contudo, aqui, 'frustração' descreve apropriadamente por que essas partículas são resistentes à agregação - porque sua superfície irregular frustra ou impede o empacotamento face a face, não importa como você as processe. "

Para fazer bolas de grafeno amassadas, Huang e sua equipe criaram gotículas de água livremente suspensas contendo folhas à base de grafeno, em seguida, usou um gás transportador para soprar as gotículas de aerossol através de uma fornalha. Como a água evaporou rapidamente, as folhas finas foram comprimidas pela força capilar em partículas quase esféricas.

As partículas de grafeno amassado resultantes têm as mesmas propriedades elétricas das folhas planas, mas são mais úteis para aplicações que requerem grandes quantidades do material. As cristas formadas no processo de amassamento tornam as partículas uma propriedade de endurecimento por deformação; quanto mais você os comprime, mais fortes eles se tornam. Portanto, as bolas de grafeno amassadas são notavelmente estáveis ​​contra deformação mecânica, Huang disse.

"Esperamos que isso sirva como uma nova plataforma de grafeno para investigar a aplicação em armazenamento de energia e conversão de energia, "Huang disse.