p Nanofios - fibras microscópicas que podem ser “cultivadas” no laboratório - são um tópico de pesquisa quente hoje, com uma variedade de aplicações potenciais, incluindo diodos emissores de luz (LEDs) e sensores. Agora, uma equipe de pesquisadores do MIT encontrou uma maneira de controlar com precisão a largura e a composição desses minúsculos fios à medida que crescem, tornando possível o crescimento de estruturas complexas que são projetadas de forma otimizada para aplicações específicas. p Os resultados são descritos em um novo artigo de autoria da professora assistente de ciência dos materiais e engenharia do MIT Silvija Gradečak e sua equipe, publicado no jornal Nano Letras .

p Os nanofios têm sido de grande interesse porque estruturas com dimensões tão pequenas - normalmente apenas algumas dezenas de nanômetros, ou bilionésimos de um metro, de diâmetro - podem ter propriedades muito diferentes das que os mesmos materiais têm em sua forma maior. Isso ocorre em parte porque em escalas tão minúsculas, efeitos de confinamento quântico - com base no comportamento de elétrons e fônons dentro do material - começam a desempenhar um papel significativo no comportamento do material, que pode afetar como ele conduz eletricidade e calor ou interage com a luz.

p Além disso, porque os nanofios têm uma área de superfície especialmente grande em relação ao seu volume, eles são particularmente adequados para uso como sensores, Gradečak diz.

p Sua equipe foi capaz de controlar e variar o tamanho e a composição dos fios individuais conforme eles cresciam. Os nanofios são cultivados usando partículas de "semente", nanopartículas de metal que determinam o tamanho e a composição do nanofio. Ajustando a quantidade de gases usados ​​no crescimento dos nanofios, Gradečak e sua equipe conseguiram controlar o tamanho e a composição das partículas da semente e, Portanto, os nanofios à medida que cresciam. “Podemos controlar essas duas propriedades simultaneamente, " ela diz. Enquanto os pesquisadores realizavam seus experimentos de crescimento de nanofios com nitreto de índio e nitreto de índio gálio, eles dizem que a mesma técnica pode ser aplicada a uma variedade de materiais diferentes.

p Esses nanofios são muito pequenos para serem vistos a olho nu, mas a equipe foi capaz de observá-los usando microscopia eletrônica, fazer ajustes no processo de crescimento com base no que aprenderam sobre os padrões de crescimento. Usando um processo chamado tomografia eletrônica, eles foram capazes de reconstruir a forma tridimensional de fios individuais em nanoescala. Em um estudo relacionado recentemente publicado na revista Nanoescala , a equipe também usou uma técnica única de microscopia eletrônica chamada catodoluminescência para observar quais comprimentos de onda de luz são emitidos por diferentes regiões de nanofios individuais.

p Nanofios precisamente estruturados podem facilitar uma nova geração de dispositivos semicondutores, Gradečak diz. Tal controle da geometria e composição dos nanofios pode permitir dispositivos com melhor funcionalidade do que os dispositivos convencionais de filme fino feitos dos mesmos materiais, ela diz.

p Uma provável aplicação dos materiais desenvolvidos por Gradečak e sua equipe são as lâmpadas LED, que têm uma durabilidade muito maior e são mais eficientes em termos de energia do que outras alternativas de iluminação. As cores de luz mais importantes para produzir a partir de LEDs estão na faixa azul e ultravioleta; Nanofios de óxido de zinco e nitreto de gálio produzidos pelo grupo MIT podem potencialmente produzir essas cores de forma muito eficiente e com baixo custo, ela diz.

p Embora as lâmpadas LED estejam disponíveis hoje, eles são relativamente caros. “Para aplicações do dia a dia, o alto custo é uma barreira, ”Diz Gradečak. Uma grande vantagem desta nova abordagem é que ela pode permitir o uso de materiais de substrato muito mais baratos - uma parte importante do custo de tais dispositivos, que hoje normalmente usam substratos de safira ou carboneto de silício. Os dispositivos nanofios também têm potencial para ser mais eficientes, ela diz.

p Esses nanofios também podem encontrar aplicações em coletores de energia solar para painéis solares de baixo custo. Ser capaz de controlar a forma e a composição dos fios à medida que crescem pode tornar possível a produção de coletores muito eficientes:os fios individuais formam cristais únicos sem defeitos, reduzindo a energia perdida devido a falhas na estrutura das células solares convencionais. E controlando as dimensões exatas dos nanofios, é possível controlar para quais comprimentos de onda de luz eles estão "sintonizados", seja para produzir luz em um LED ou para coletar luz em um painel solar.

p Estruturas complexas feitas de nanofios com diâmetros variados também podem ser úteis em novos dispositivos termoelétricos para capturar o calor residual e transformá-lo em energia elétrica útil. Variando a composição e o diâmetro dos fios ao longo de seu comprimento, é possível produzir fios que conduzem eletricidade bem, mas aquecem mal - uma combinação que é difícil de conseguir na maioria dos materiais, mas é a chave para sistemas de geração termoelétrica eficientes.

p Os nanofios podem ser produzidos usando ferramentas já em uso pela indústria de semicondutores, portanto, os dispositivos devem ser relativamente fáceis de preparar para a produção em massa, a equipe diz.

p Zhong Lin Wang, o Professor dos Regentes e Cátedra Hightower em Ciência e Engenharia de Materiais no Instituto de Tecnologia da Geórgia, afirma que ser capaz de controlar a estrutura e composição dos nanofios é “de vital importância para controlar suas propriedades em nanoescala. O ajuste fino no comportamento de crescimento ”desses materiais“ abre a possibilidade de fabricação de novos dispositivos optoeletrônicos que provavelmente terão desempenho superior. ” p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.