p Considerado por muitos como o material mais promissor do futuro, o grafeno ainda é uma substância cara e difícil de fabricar. Pesquisadores do Instituto de Físico-Química da Academia Polonesa de Ciências de Varsóvia, e o Instituto de Pesquisa Interdisciplinar em Lille desenvolveu um método de baixo custo para a fabricação de folhas de grafeno multicamadas. O novo método não requer nenhum equipamento especializado e pode ser implementado em qualquer laboratório. p Um método de baixo custo para a produção de folhas de grafeno foi desenvolvido em cooperação dentro do projeto de pesquisa por equipes do Instituto de Físico-Química da Academia Polonesa de Ciências (IPC PAS) em Varsóvia e do Instituto de Pesquisa Interdisciplinar (IRI) em Lille, França. O método é simples o suficiente para ser fornecido em quase todos os laboratórios do mundo.

p O grafeno foi descoberto em 2004, descascando camadas de carbono da grafite usando uma fita adesiva comum. “No que havia sido retirado, os pesquisadores conseguiram encontrar folhas de um átomo de espessura. E isso era o grafeno. Se estivermos pensando em aplicações industriais do grafeno, temos que encontrar métodos mais controlados para produzir este material em grande escala, sem usar um caro, equipamento especializado ", diz Izabela Kamińska, um aluno de doutorado do IPC PAS, bolsista da Foundation for Polish Science no International PhD Projects Program. Kamińska realizou suas experiências no Instituto Internacional de Pesquisa.

p Considerando a estrutura, O grafeno é um sistema bidimensional composto por anéis de carbono de seis membros. A estrutura hexagonal de grafeno se assemelha a um favo de mel, com a diferença de que a folha de grafeno tem a menor espessura possível:de um átomo apenas.

p Propriedades incomuns do grafeno estão intimamente relacionadas à estrutura única. O grafeno é quase totalmente transparente, mais de cem vezes mais forte que o aço e muito flexível. Ao mesmo tempo, mostra excelente condutividade térmica e elétrica, o que o torna um bom material para aplicações em eletrônica, por exemplo. para manufatura fina, visores flexíveis e fortes ou circuitos de processamento rápido. Também é adequado como material para vários sensores.

p Os métodos existentes para a fabricação de grafeno - incluindo a deposição de camada epitaxial em um substrato metálico ou carboneto de silício, ou deposição de vapor químico ou físico - exige caro, equipamentos especializados e procedimentos de fabricação complexos. Enquanto isso, o único aparelho mais complexo usado no método de produção de folhas de grafeno desenvolvido no IPC PAS e no IRI é um limpador ultrassônico, um equipamento comum em muitos laboratórios.

p O novo processo de produção de folhas de grafeno começa com grafite, um de alótropo de carbono, no nível molecular, assemelha-se a um sanduíche composto de muitos planos de grafeno. Essas folhas dificilmente são separáveis. Para enfraquecer as interações entre eles, a grafite deve ser oxidada, que geralmente é realizado com o método Hummers. Um pó assim obtido - óxido de grafite - é posteriormente suspenso em água e colocado em uma ultra-sônica. Os ultrassons esfoliam as folhas de grafeno oxidadas umas das outras e o colóide resultante contém flocos de óxido de grafeno únicos com diâmetro de cerca de 300 nanômetros.

p Os pesquisadores do IPC PAS e do IRI usaram óxido de grafeno fabricado na Divisão de Ciência de Materiais do Instituto de Ciência e Tecnologia do Nordeste (NEIST) em Dispur, Índia. "Coloides de óxido de grafeno com um átomo de espessura eram um bom material de partida, mas vários grupos funcionais contendo oxigênio tornaram-se uma dificuldade real. O problema é que eles mudaram dramaticamente as propriedades físico-químicas do material. Em vez de um excelente condutor tínhamos ... um isolante ", explica Kamińska.

p Para remover o oxigênio dos flocos de grafeno, os pesquisadores do IPC PAS e do IRI decidiram usar interações de empilhamento pi-pi não covalentes entre os anéis de carbono do óxido de grafeno e os anéis aromáticos de um composto chamado tertatiafulvaleno (TTF). Uma molécula de TTF é composta por dois anéis contendo três átomos de carbono e dois de enxofre cada. "Praticamente, foi suficiente misturar óxido de grafeno com tertatiafulvaleno, e, em seguida, coloque o todo em um limpador ultrassônico. As interações entre os anéis de TTF e os anéis de óxido de grafeno resultaram em uma redução do óxido de grafeno para grafeno com uma oxidação simultânea das moléculas de TTF ", descreve Kamińska.

p Como resultado, o composto obtido continha flocos de grafeno com moléculas de TTF intercaladas neles. Uma gota da solução composta foi subsequentemente depositada em um eletrodo e seca. Flocos de grafeno formaram na superfície um revestimento liso com espessura controlável de 100 a 500 nm que era composto de algumas dezenas a algumas centenas de folhas de grafeno alternadas e moléculas de TTF.

p A etapa final na produção de revestimento de grafeno era expelir moléculas de tertatiafulvaleno, que foi obtido por uma simples reação química com um composto apropriadamente selecionado.

p “Uma das nossas motivações para a pesquisa foi buscar novos métodos de detecção de substâncias biológicas. Por isso, depois de expulsar o TTF do revestimento de grafeno, verificamos imediatamente se poderíamos reincorporar o produto químico na matriz. Descobriu-se que sim. possível desenvolver um processo que permite ligar um composto selecionado a uma molécula de TTF, e então incorporar todo o complexo em uma folha de grafeno em um eletrodo e monitorar o fluxo de corrente elétrica ", resume o Prof. Marcin Opałło (IPC PAS).

p Uma publicação descrevendo o novo método apareceu no início deste ano na revista. Comunicações Químicas , com a capa mostrando a visualização em computador das folhas de grafeno com TTF. Atualmente, os pesquisadores do IPC PAS e do IRI continuam seu trabalho na redução adicional da espessura da matriz de grafeno. A fase final atingiu também os experimentos que mostram que é possível incorporar na folha de grafeno moléculas de TTF com manose anexada (um dos monossacarídeos).