p Muito se falou das qualidades excepcionais do grafeno, desde sua capacidade de conduzir calor e eletricidade melhor do que qualquer outro material até sua resistência incomparável:transformada em um material composto, o grafeno pode repelir balas melhor do que o Kevlar. Pesquisas anteriores também mostraram que o grafeno puro - uma folha microscópica de átomos de carbono organizados em um padrão de favo de mel - está entre os materiais mais impermeáveis ​​já descobertos, tornando a substância ideal como um filme de barreira. p Mas o material pode não ser tão impenetrável quanto os cientistas pensavam. Ao projetar membranas relativamente grandes a partir de folhas únicas de grafeno crescidas por deposição química de vapor, pesquisadores do MIT, O Oak Ridge National Laboratory (ORNL) e outros locais descobriram que o material apresenta defeitos intrínsecos, ou buracos em sua armadura do tamanho de um átomo. Em experimentos, os pesquisadores descobriram que pequenas moléculas como sais passam facilmente através dos minúsculos poros de uma membrana de grafeno, enquanto moléculas maiores foram incapazes de penetrar.

p Os resultados, os pesquisadores dizem, não aponte para uma falha no grafeno, mas para a possibilidade de aplicações promissoras, como membranas que filtram contaminantes microscópicos da água, ou que separam tipos específicos de moléculas de amostras biológicas.

p "Ninguém procurou por buracos no grafeno antes, "diz Rohit Karnik, professor associado de engenharia mecânica no MIT. "Existem muitos métodos químicos que podem ser usados ​​para modificar esses poros, portanto, é uma tecnologia de plataforma para uma nova classe de membranas. "

p Karnik e seus colegas, incluindo pesquisadores do Instituto Indiano de Tecnologia e da Universidade King Fahd de Petróleo e Minerais, publicaram seus resultados no jornal ACS Nano .

p Karnik trabalhou com o estudante de pós-graduação do MIT Sean O'Hern para procurar materiais "que pudessem levar não apenas a mudanças incrementais, mas saltos substanciais em termos de desempenho das membranas. "Em particular, a equipe procurou materiais com dois atributos principais, alto fluxo e sintonia:isto é, membranas que filtram fluidos rapidamente, mas também são facilmente adaptados para permitir a passagem de certas moléculas enquanto prendem outras. O grupo decidiu-se pelo grafeno, em parte por causa de sua estrutura extremamente fina e sua força:uma folha de grafeno é tão fina quanto um único átomo, mas forte o suficiente para permitir que grandes volumes de fluidos passem sem se fragmentar.

p A equipe se propôs a projetar uma membrana medindo 25 milímetros quadrados, uma área de superfície que é grande para os padrões de grafeno, segurando cerca de um quatrilhão de átomos de carbono. Eles usaram grafeno sintetizado por deposição química de vapor, emprestando a experiência do grupo de pesquisa de Jing Kong, o ITT Career Development Associate Professor of Electrical Engineering no MIT. A equipe, então, desenvolveu técnicas para transferir a folha de grafeno para um substrato de policarbonato com orifícios.

p Uma vez que os pesquisadores transferiram com sucesso o grafeno, eles começaram a fazer experiências com a membrana resultante, expondo-o a água corrente contendo moléculas de tamanhos variados. Eles teorizaram que se o grafeno fosse realmente impermeável, as moléculas seriam impedidas de fluir. Contudo, experimentos mostraram o contrário, enquanto os pesquisadores observavam sais fluindo através da membrana.

p Como outro teste, a equipe expôs uma folha de cobre com grafeno cultivado a um agente químico que dissolve o cobre. Em vez de proteger o metal, o grafeno deixa o agente passar, corroendo o cobre subjacente. Para testar o tamanho dos poros dentro do grafeno, o grupo tentou filtrar a água com moléculas maiores. Parecia que havia um limite para o tamanho dos poros, já que moléculas maiores não conseguiam atravessar a membrana.

p Como um experimento final, Karnik e O'Hern observaram os buracos reais na membrana de grafeno, olhando para o material através de um microscópio eletrônico de alta potência no ORNL em colaboração com Juan-Carlos Idrobo. Eles descobriram que o tamanho dos poros variava de cerca de 1 a 12 nanômetros - largos apenas o suficiente para permitir a passagem seletiva de algumas moléculas pequenas.

p “Agora sabemos, a partir desta caracterização, como o grafeno se comporta, e que tipo de poros intrínsecos ele tem, "Karnik diz." Em certo sentido, é o primeiro passo para a realização prática de membranas à base de grafeno. "

p Karnik acrescenta que uma aplicação de curto prazo para tais membranas pode incluir um sensor portátil no qual uma camada de grafeno "poderia proteger o sensor do ambiente, "deixando passar apenas uma molécula ou contaminante de interesse. Outro uso pode ser na entrega de drogas, com grafeno, pontilhada com poros de determinado tamanho, entrega de terapias em uma liberação controlada.

p "Estamos agora no processo de transferir mais grafeno para diferentes substratos e fazer nossos próprios orifícios, fazendo uma membrana viável para filtração de água, "O'Hern diz.

p Scott Bunch, professor assistente de engenharia mecânica na Universidade do Colorado, diz que os resultados do grupo são a primeira demonstração de que o grafeno apresenta defeitos. A membrana desenvolvida pelo grupo "tem potencial para ser uma membrana revolucionária" que separa partículas em escala molecular.

p "A questão que agora precisa ser tratada é se é possível discriminar entre moléculas menores, "Bunch diz." Quando isso acontecer, as membranas de grafeno acabarão cumprindo as propriedades verdadeiramente notáveis ​​que prometem. " p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.