Quando você olha para um presente embrulhado para presente, as propriedades básicas do papel de embrulho - digamos, suas cores e textura - geralmente não são alteradas pela natureza do presente interno.
Mas novos experimentos surpreendentes conduzidos no MIT mostram que um material de um átomo de espessura chamado grafeno, uma forma de carbono puro, cujos átomos estão unidos em uma rede semelhante a um arame, se comporta de maneira bastante diferente, dependendo da natureza do material em que está envolvido. Quando as folhas de grafeno são colocadas em substratos feitos de materiais diferentes, propriedades fundamentais - como a forma como o grafeno conduz eletricidade e como ele interage quimicamente com outros materiais - podem ser drasticamente diferentes, dependendo da natureza do material subjacente.
“Ficamos muito surpresos” ao descobrir esse comportamento alterado, diz Michael Strano, o professor Charles e Hilda Roddey de Engenharia Química no MIT, quem é o autor sênior de um artigo publicado esta semana na revista Química da Natureza . “Esperávamos que ele se comportasse como grafite” - uma forma bem conhecida de carbono, costumava fazer a grafite em lápis, cuja estrutura é essencialmente várias camadas de grafeno empilhadas umas sobre as outras.
Mas seu comportamento acabou sendo bem diferente. “O grafeno é muito estranho, ”Strano diz. Por causa de sua extrema magreza, na prática, o grafeno é quase sempre colocado em cima de algum outro material para suporte. Quando esse material por baixo é dióxido de silício, um material padrão usado em eletrônica, o grafeno pode se tornar prontamente “funcionalizado” quando exposto a certos produtos químicos. Mas quando o grafeno assenta no nitreto de boro, dificilmente reage aos mesmos produtos químicos.
“É muito contra-intuitivo, ”Strano diz. “Você pode desligar e ligar a capacidade do grafeno de formar ligações químicas, com base no que está por baixo. ”
O motivo, acontece que, é que o material é tão fino que a maneira como reage é fortemente afetada pelos campos elétricos dos átomos no material abaixo dele. Isso significa que é possível criar dispositivos com um substrato micropadrão - composto de algumas regiões de dióxido de silício e algumas revestidas de nitreto de boro - coberto por uma camada de grafeno cujo comportamento químico variará de acordo com a padronização oculta. Isso poderia permitir, por exemplo, a produção de microarrays de sensores para detectar traços de materiais biológicos ou químicos.
Qing Hua Wang, um pós-doutorado do MIT que é o autor principal do artigo, diz, “Você poderia fazer com que diferentes moléculas de um marcador biológico delicado interajam [com essas regiões na superfície do grafeno] sem interromper as próprias biomoléculas.” A maioria das técnicas de fabricação atuais para tais superfícies padronizadas envolve calor e solventes reativos que podem destruir essas moléculas biológicas sensíveis.
Em última análise, o grafeno pode até se tornar um revestimento protetor para muitos materiais, Strano diz. Por exemplo, o material de um átomo de espessura, quando ligado ao cobre, elimina completamente a tendência desse metal de oxidar (que produz a superfície azul-esverdeada característica dos telhados de cobre). “Pode desligar completamente a corrosão, ”Ele diz, "Quase como mágica ... com apenas o sussurro de um revestimento."
Para explicar por que o grafeno se comporta dessa maneira, “Criamos uma nova teoria de transferência de elétrons” que explica a forma como é afetada pelo material subjacente, Strano diz. “Muitos químicos perderam isso, ”E, como resultado, ficou confuso com mudanças aparentemente imprevisíveis em como o grafeno reage em diferentes situações. Este novo entendimento também pode ser usado para prever o comportamento do material em outros substratos, ele diz.
James Tour, um professor de química e de ciência da computação na Rice University que não estava envolvido nesta pesquisa, diz, “Este é o primeiro estudo sistemático do efeito do substrato na reatividade química do grafeno. Este é um estudo conduzido com muito cuidado com resultados convincentes. Prevejo que se tornará uma publicação frequentemente citada. ”
Wang acrescenta que "é um resultado bastante geral" que pode ser usado para prever o comportamento químico de muitas configurações diferentes. “Achamos que outros grupos podem pegar essa ideia e realmente desenvolver coisas diferentes com ela, ”Ela diz. Tour concorda, dizendo, “A comunidade de detecção de grafeno será inspirada por este trabalho para explorar muitos mais substratos em um esforço para otimizar a reatividade do grafeno.”
Quanto à equipe do MIT, ela diz, “O próximo passo é, estamos investigando os detalhes de como o grafeno de camada dupla reage. Parece se comportar de maneira diferente ”do que o material de camada única.
