p O que é 100 vezes mais forte que o aço, pesa um sexto mais e pode ser quebrado como um galho por uma pequena bolha de ar? A resposta é um nanotubo de carbono - e um novo estudo feito por cientistas da Rice University detalha exatamente como os tão estudados nanomateriais se rompem quando submetidos a vibrações ultrassônicas em um líquido. p "Descobrimos que o velho ditado 'Vou quebrar, mas não dobrar' não se aplica à escala micro e nano, "disse o pesquisador de engenharia da Rice, Matteo Pasquali, o cientista-chefe do estudo, que aparece este mês no Proceedings of the National Academy of Sciences .

p Nanotubos de carbono - tubos ocos de carbono puro quase tão largos quanto uma fita de DNA - são um dos materiais mais estudados em nanotecnologia. Por mais de uma década, os cientistas usaram vibrações ultrassônicas para separar e preparar nanotubos no laboratório. No novo estudo, Pasquali e colegas mostram como esse processo funciona - e por que é prejudicial para os nanotubos longos. Isso é importante para pesquisadores que desejam fazer e estudar nanotubos longos.

p "Descobrimos que nanotubos longos e curtos se comportam de maneira muito diferente quando são sonicados, "disse Pasquali, professor de engenharia química e biomolecular e de química na Rice. "Nanotubos mais curtos são alongados enquanto nanotubos mais longos se dobram. Ambos os mecanismos podem levar à quebra."

p Descoberto há mais de 20 anos, os nanotubos de carbono são uma das maravilhas originais da nanotecnologia. Eles são primos próximos da buckyball, a partícula cuja descoberta em 1985 em Rice ajudou a iniciar a revolução da nanotecnologia.

p Os nanotubos podem ser usados ​​em baterias e sensores pintáveis, para diagnosticar e tratar doenças, e para cabos de energia de última geração em redes elétricas. Muitas das propriedades ópticas e materiais dos nanotubos foram descobertas no Smalley Institute for Nanoscale Science and Technology, de Rice, e o primeiro método de produção em grande escala para fazer nanotubos de parede única foi descoberto em Rice pelo homônimo do instituto, o falecido Richard Smalley.

p "Processar nanotubos em líquidos é industrialmente importante, mas é bastante difícil porque eles tendem a se aglomerar, "disse o co-autor Micah Green." Esses aglomerados de nanotubos não se dissolvem em solventes comuns, mas a sonicação pode quebrar esses aglomerados, a fim de separar, ou seja, dispersar, os nanotubos. "

p Nanotubos recém-crescidos podem ser mil vezes mais longos do que largos, e embora a sonicação seja muito eficaz para quebrar os aglomerados, também torna os nanotubos mais curtos. Na verdade, pesquisadores desenvolveram uma equação chamada "lei de potência", que descreve o quão dramático será esse encurtamento. Os cientistas inserem o poder de sonicação e a quantidade de tempo que a amostra será sonicada, e a lei de potência informa o comprimento médio dos nanotubos que serão produzidos. Os nanotubos ficam mais curtos à medida que a potência e o tempo de exposição aumentam.

p "O problema é que existem duas leis de potência diferentes que correspondem a descobertas experimentais distintas, e um deles produz um comprimento bem menor do que o outro, "Pasquali disse." Não é que um esteja certo e o outro errado. Cada um foi verificado experimentalmente, então é uma questão de entender por quê. Philippe Poulin expôs pela primeira vez essa discrepância na literatura e chamou minha atenção para o problema quando visitei seu laboratório, há três anos. "

p Para investigar essa discrepância, Pasquali e os co-autores do estudo Guido Pagani, Micah Green e Poulin se propuseram a modelar com precisão as interações entre os nanotubos e as bolhas de sonicação. Seu modelo de computador, que rodava no supercomputador Cray XD1 do Rice, usou uma combinação de técnicas de dinâmica de fluidos para simular com precisão a interação. Quando a equipe fez as simulações, eles descobriram que tubos mais longos se comportavam de maneira muito diferente de seus equivalentes mais curtos.

p "Se o nanotubo for curto, uma extremidade será puxada para baixo pela bolha em colapso de modo que o nanotubo fique alinhado em direção ao centro da bolha, "Pasquali disse." Neste caso, o tubo não dobra, mas sim estica. Este comportamento havia sido previsto anteriormente, mas também descobrimos que os nanotubos longos fizeram algo inesperado. O modelo mostrou como a bolha em colapso atraiu nanotubos mais longos para dentro do meio, dobrando-os e quebrando-os como galhos. "

p Pasquali disse que o modelo mostra como as duas leis de potência podem estar corretas:uma descreve um processo que afeta nanotubos mais longos e outra descreve um processo que afeta os mais curtos.

p "Foi preciso alguma flexibilidade para entender o que estava acontecendo, "Pasquali disse." Mas o resultado é que temos uma descrição muito precisa do que acontece quando os nanotubos são sonicados. "