p (Phys.org) - Cientistas e engenheiros da Universidade de Wisconsin-Milwaukee (UWM) descobriram um material totalmente novo baseado em carbono que é sintetizado a partir do "garoto maravilhoso" da família do carbono, grafeno. A descoberta, que os pesquisadores estão chamando de "monóxido de grafeno (OGM), ”Empurra os materiais de carbono para mais perto de inaugurar a eletrônica de última geração. p Grafeno, uma camada de carbono de um átomo de espessura que se assemelha a uma folha plana de tela de galinheiro em nanoescala, tem o potencial de revolucionar a eletrônica porque conduz eletricidade muito melhor do que os fios de ouro e cobre usados ​​nos dispositivos atuais. Os transistores feitos de silício estão se aproximando do tamanho mínimo no qual podem ser eficazes, o que significa que a velocidade dos dispositivos em breve diminuirá. Materiais de carbono em nanoescala podem ser o remédio.

p Atualmente, as aplicações do grafeno são limitadas porque é muito caro para produzir em massa. Outro problema é que, até agora, materiais relacionados ao grafeno existiam apenas como condutores ou isolantes.

p “Um grande impulso na comunidade de pesquisa do grafeno é tornar o material semicondutor para que possa ser usado em aplicações eletrônicas, ”Diz Junhong Chen, professor de engenharia mecânica e membro da equipe de pesquisa. “Nossa principal contribuição neste estudo foi alcançada por meio de uma modificação química do grafeno.”

p O OGM exibe características que o tornarão mais fácil de aumentar do que o grafeno. E, como o silício na atual geração de eletrônicos, OGM é semicondutor, necessário para controlar a corrente elétrica em um condutor tão forte como o grafeno. Agora, todas as três características da condutividade elétrica - condução, isolante e semicondutor - são encontrados na família do carbono, oferecendo a compatibilidade necessária para uso em eletrônicos futuros.

p Misturando teoria e experimentos

p A equipe criou OGM enquanto conduzia pesquisas sobre o comportamento de um nanomaterial híbrido desenvolvido por Chen que consiste em nanotubos de carbono (essencialmente, grafeno enrolado em um cilindro) decorado com nanopartículas de óxido de estanho. Chen usa seu material híbrido para fazer alto desempenho, sensores de baixo custo e baixo consumo de energia.

p Para obter a imagem do material híbrido durante a detecção, ele e a professora de física Marija Gajdardziska usaram um microscópio eletrônico de transmissão de alta resolução (HRTEM). Mas para explicar o que estava acontecendo, o par precisava saber quais moléculas estavam se ligando à superfície do nanotubo, que estavam aderindo à superfície de óxido de estanho, e como eles mudaram com o apego.

p Então, a dupla voltou-se para a professora de física Carol Hirschmugl, que recentemente foi o pioneiro em um método de imagem infravermelha (IR) que não só oferece imagens de alta definição de amostras, mas também renderiza uma “assinatura” química que identifica quais átomos estão interagindo conforme ocorre a detecção.

p Chen e Gajdardziska sabiam que precisariam examinar mais locais de fixação do que os disponíveis na superfície de um nanotubo de carbono. Então, eles “desenrolaram” o nanotubo em uma folha de grafeno para atingir uma área maior.

p Isso os levou a procurar maneiras de fazer grafeno de seu primo, óxido de grafeno (GO), um isolante que pode ser aumentado de forma econômica. GO consiste em camadas de grafeno empilhadas umas sobre as outras em uma orientação não alinhada. É o assunto de muitas pesquisas enquanto os cientistas procuram maneiras mais baratas de replicar as propriedades superiores do grafeno.

p Resultado intrigante

p Em um experimento, eles aqueciam o GO em um vácuo para reduzir o oxigênio. Em vez de ser destruído, Contudo, os átomos de carbono e oxigênio nas camadas de GO ficaram alinhados, transformando-se no “ordenado, ”OGM semicondutor - um óxido de carbono que não existe na natureza.

p Não era o resultado que esperavam.

p “Achamos que o oxigênio iria embora e deixaria o grafeno multicamadas, então a observação de algo diferente disso foi uma surpresa, ”Diz Eric Mattson, um estudante de doutorado de Hirschmugl.

p Em diferentes altas temperaturas, a equipe, na verdade, produziu quatro novos materiais que eles chamam coletivamente de OGM. Eles capturaram um vídeo do processo usando a Difração de elétrons de área selecionada (SAED) em um microscópio eletrônico de transmissão.

p Como o OGM é formado em folhas únicas, Gajdardziska diz que o material pode ter aplicações em produtos que envolvam catálise de superfície. Ela, Hirschmugl e Chen também estão explorando seu uso nas partes do ânodo de baterias de íon-lítio, o que poderia torná-los mais eficientes.

p Processo laborioso

p Mas o próximo passo é mais ciência. A equipe precisará descobrir o que desencadeou a reorganização do material, e também quais condições arruinariam a formação do OGM.

p “No processo de redução, você espera perder oxigênio, ”Diz Michael Weinert, professor de física e diretor do Laboratório de Estudos de Superfície da UWM. “Mas, na verdade, ganhamos mais conteúdo de oxigênio. Então, chegamos a um ponto em que ainda estamos aprendendo mais sobre isso. ”

p Weinert aponta que eles só produziram OGM em pequena escala em um laboratório e não têm certeza do que encontrarão ao aumentá-lo.

p A equipe teve que ter cuidado ao calcular como os elétrons fluíam através do OGM, ele adiciona. As interações que ocorrem devem ser interpretadas por meio de um processo meticuloso de rastreamento de indicadores de estrutura e, em seguida, eliminando aqueles que não se encaixam.

p “Foi um longo processo, ”Diz Weinert, “Não um daqueles momentos‘ Eureka! ’.”