p (PhysOrg.com) - Laboratório de Pesquisa da Força Aérea em Dayton, Ohio, confirmou experimentalmente uma teoria do professor Boris Yakobson da Rice University que predisse um par de propriedades interessantes sobre o crescimento de nanotubos:que a quiralidade de um nanotubo controla a velocidade de seu crescimento, e os nanotubos de poltrona devem crescer mais rápido. p O trabalho é um passo seguro para definir todos os mistérios inerentes ao que Yakobson chama de "código de DNA dos nanotubos, "os parâmetros que determinam sua quiralidade - ou ângulo de crescimento - e, portanto, sua elétrica, propriedades ópticas e mecânicas. O desenvolvimento da capacidade de fazer crescer lotes de nanotubos com características específicas é um objetivo crítico da pesquisa em nanoescala.

p O novo artigo do pesquisador sênior da Força Aérea Benji Maruyama; ex-colega da Força Aérea Rahul Rao, agora no Honda Research Institute em Ohio; Yakobson e seus co-autores apareceram esta semana na versão online da revista Materiais da Natureza .

p É um desenlace interessante em uma saga que começou com um artigo de 2009 de Yakobson e seus colaboradores. Esse papel, que apresentou a teoria do deslocamento do físico teórico do crescimento controlado pela quiralidade, descreveu como os nanotubos emergem como se fios simples de átomos se entrelaçassem nos agora familiares tubos semelhantes a fios de galinheiro. Também gerou um pouco de controvérsia sobre o significado preciso dos resultados.

p "Boris pegou um pouco de calor por causa disso, "Maruyama disse." O trabalho experimental lá fora indicou que sua teoria pode ser verdadeira, mas eles não puderam confirmar. A parte boa do nosso trabalho é que ele não é ambíguo. "

p Yakobson, Karl F. Hasselmann, professor de Engenharia Mecânica e Ciência dos Materiais de Rice e professor de química, levou tudo na esportiva. "A crítica não afetou nada; na verdade, foi a melhor propaganda e motivação para trabalhos futuros, "disse ele." Na verdade, (o pioneiro do nanotubo Sumio) Iijima observou cedo que 'a helicidade pode ajudar no crescimento'. Nós o transformamos em uma equação verificável. "

p A confirmação experimental de uma teoria nunca é final, mas sempre satisfatória, ele admitiu, e o laboratório da Força Aérea foi equipado exclusivamente para provar a ligação entre a velocidade de crescimento de um nanotubo e seu ângulo quiral.

p A quiralidade de um nanotubo de parede única é determinada pela maneira como seus átomos de carbono são "enrolados". Yakobson descreveu isso como semelhante a enrolar um jornal; às vezes o tipo se alinha, e às vezes não. Esse alinhamento determina as propriedades elétricas dos nanotubos. Nanotubos metálicos de poltrona, assim chamado devido ao formato de suas bordas sem cobertura, são particularmente desejáveis ​​porque os elétrons passam de ponta a ponta sem resistência, enquanto os nanotubos semicondutores são úteis para a eletrônica, entre outras aplicações.

p Rao desenvolveu uma técnica no laboratório de Maruyama para medir as taxas de crescimento de nanotubos individuais. "É uma configuração impressionante, "Yakobson disse." Eles podem cultivar tubos individuais em densidade muito baixa e identificar suas assinaturas - sua quiralidade - e, ao mesmo tempo, medir a rapidez com que crescem. "

p A técnica envolvia a montagem de nanopartículas de catalisador em pilares de silício microscópicos e o disparo de lasers rigidamente controlados neles. O calor do laser acionou os nanotubos para crescer por meio de uma técnica padrão chamada deposição química de vapor, e ao mesmo tempo, os pesquisadores analisaram o crescimento de nanotubos por meio de espectroscopia Raman.

p A partir dos espectros, eles podiam dizer com que rapidez um nanotubo cresceu e em que ponto o crescimento terminou. As imagens subsequentes do microscópio eletrônico confirmaram que os espectros eram de nanotubos de parede única individuais, enquanto os ângulos quirais foram determinados pela comparação de espectros Raman pós-crescimento e diâmetros de nanotubos com o gráfico de Kataura, que mapeia a quiralidade com base no intervalo de banda e no diâmetro.

p Eles observaram no artigo que os resultados fornecem uma base para pesquisas adicionais sobre o cultivo de tipos específicos de nanotubos. "Agora que sabemos qual é a taxa de crescimento de um nanotubo quiral em particular, pode-se pensar em tentar alcançar o crescimento dessa quiralidade específica influenciando as condições de crescimento de acordo, "Rao disse." Então, basicamente, agora temos outro 'botão' para girar. "

p "Este trabalho está em um estágio de desenvolvimento muito inicial, e é tudo sobre pós-nucleação, "Yakobson disse." A nucleação define o que considero o código genético - muito primitivo em comparação com a biologia - que determina a quiralidade e a velocidade de crescimento de um nanotubo. "Ele disse que algum dia será possível ditar a forma de um nanotubo quando começa a borbulhar de um catalisador, "mas vai exigir muita engenhosidade."

p Yakobson revelou uma fórmula no ano passado que definiu a probabilidade de nucleação através das energias de borda para o grafeno, que é basicamente um nanotubo cortado e achatado. Mas a teoria de deslocamento anterior e relacionada se aplica ao seguinte crescimento, e, se confirmado posteriormente, pode revelar-se sua obra-prima.

p "A teoria do deslocamento do crescimento é elegante e simples, "Rao disse." Ainda é muito cedo para dizer que é o único mecanismo de crescimento, mas Boris deveria receber muito crédito por propor essa ideia ousada em primeiro lugar. "