p Graças a um pouco de sorte, pesquisadores da Rice University criaram um minúsculo cabo coaxial que é cerca de mil vezes menor do que um fio de cabelo humano e tem capacitância maior do que os microcapacitores relatados anteriormente. p O nanocabo, que é descrito esta semana em Nature Communications , foi produzido com técnicas pioneiras no campo de pesquisa do grafeno nascente e pode ser usado para construir sistemas de armazenamento de energia de próxima geração. Ele também pode ser usado na fiação de componentes de processadores lab-on-a-chip, mas sua descoberta se deve em parte ao acaso.

p "Não esperávamos criar isso quando começamos, "disse o co-autor do estudo Jun Lou, professor associado de engenharia mecânica e ciência dos materiais na Rice. "No início, estávamos apenas curiosos para ver o que aconteceria elétrica e mecanicamente se pegássemos pequenos fios de cobre conhecidos como interconexões e os cobríssemos com uma fina camada de carbono. "

p O minúsculo cabo coaxial é notavelmente semelhante em composição aos que transportam sinais de televisão a cabo para milhões de residências e escritórios. O coração do cabo é um fio de cobre sólido que é envolvido por uma fina bainha de óxido de cobre isolante. Uma terceira camada, outro maestro, envolve isso. No caso de cabos de TV, a terceira camada é cobre novamente, mas no nanocabo é uma fina camada de carbono medindo apenas alguns átomos de espessura. O nanocabo coaxial tem cerca de 100 nanômetros, ou 100 bilionésimos de um metro, ampla.

p Embora o cabo coaxial seja um pilar das telecomunicações de banda larga, as três camadas, metal-isolador-estrutura metálica também pode ser usada para construir dispositivos de armazenamento de energia chamados capacitores. Ao contrário das baterias, que dependem de reações químicas para armazenar e fornecer eletricidade, capacitores usam campos elétricos. Um capacitor contém dois condutores elétricos, um negativo e outro positivo, que são separados por uma fina camada de isolamento. Separar os condutores com carga oposta cria um potencial elétrico, e esse potencial aumenta à medida que as cargas separadas aumentam e à medida que a distância entre elas - ocupada pela camada isolante - diminui. A proporção entre a densidade de carga e a distância de separação é conhecida como capacitância, e é a medida padrão de eficiência de um capacitor.

p O estudo relata que a capacitância do nanocabo é pelo menos 10 vezes maior do que seria previsto com a eletrostática clássica.

p "O aumento é provavelmente devido aos efeitos quânticos que surgem devido ao pequeno tamanho do cabo, "disse o co-autor do estudo Pulickel Ajayan, Benjamin M. e Mary Greenwood Anderson, Professores de Engenharia Mecânica e Ciência dos Materiais, de Rice.

p Os laboratórios de Lou e Ajayan se especializam em fabricar e estudar materiais em nanoescala e nanodispositivos que exibem esses tipos de efeitos quânticos intrigantes, mas Ajayan e Lou disseram que havia um elemento de chance na descoberta do nanocabo.

p Quando o projeto começou há 18 meses, Zheng Liu, pesquisador de pós-doutorado em arroz, o co-autor principal do estudo, destina-se a fazer fios de cobre puro revestidos com carbono. As técnicas para fazer os fios, que têm apenas alguns nanômetros de largura, estão bem estabelecidos porque os fios são freqüentemente usados ​​como "interconexões" em eletrônicos de última geração. Liu usou uma técnica conhecida como deposição química de vapor (CVD) para cobrir os fios com uma fina camada de carbono. A técnica CVD também é usada para cultivar folhas de carbono de um átomo de espessura, chamadas de grafeno, em filmes de cobre.

p "Quando as pessoas fazem grafeno, eles geralmente querem estudar o grafeno e não estão muito interessados ​​no cobre, "Lou disse." É apenas usado uma plataforma para fazer o grafeno. "

p Quando Liu fez alguns testes eletrônicos em suas primeiras amostras, os resultados ficaram longe do que ele esperava.

p "Acabamos descobrindo que uma fina camada de óxido de cobre - que é servida como uma camada dielétrica - estava se formando entre o cobre e o carbono, "disse Liu.

p Ao examinar outros estudos mais de perto, a equipe descobriu que alguns outros cientistas mencionaram a ocorrência de oxidação nos substratos de cobre durante a produção de grafeno.

p "É bastante bem documentado, mas não conseguimos encontrar ninguém que tivesse feito um exame detalhado das propriedades eletrônicas de interfaces tão complexas, "Ajayan disse.

p A capacitância do novo nanocabo é de até 143 microfarads por centímetro quadrado, melhor do que os melhores resultados anteriores de microcapacitores.

p Lou disse que pode ser possível construir um dispositivo de armazenamento de energia em grande escala, organizando milhões de minúsculos nanocabos lado a lado em grandes matrizes.

p "O cabo em nanoescala também pode ser usado como uma linha de transmissão para sinais de radiofrequência em nanoescala, "Liu disse." Isso pode ser útil como um bloco de construção fundamental em sistemas eletromecânicos de tamanho micro e nano, como dispositivos lab-on-a-chip. "