p Cientistas do Imperial College London, trabalhando no Institut Laue-Langevin, apresentaram uma nova maneira de posicionar nanopartículas em plásticos, com importantes aplicações na produção de revestimentos e material fotovoltaico que captam energia solar. O estudo, apresentado em Materiais avançados (artigo de capa), usou nêutrons para entender o papel que a luz - mesmo a luz ambiente - desempenha na estabilização desses filmes finos notoriamente instáveis. Como uma prova de conceito, a equipe mostrou como a combinação de calor e luz visível e ultravioleta de baixa intensidade pode, no futuro, ser usada com precisão, ferramenta de baixo custo para impressão 3D de automontagem, circuitos de filme fino nesses filmes. p Filmes finos feitos de longas cadeias de moléculas orgânicas chamadas polímeros e fulerenos (grandes moléculas em forma de bola de futebol compostas inteiramente de carbono) são usados ​​principalmente em células solares de polímero, onde emitem elétrons quando expostas a raios solares visíveis ou ultravioleta. Esses materiais chamados fotovoltaicos podem gerar energia elétrica ao converter a radiação solar em corrente elétrica direta.

p As células solares de polímero são de interesse significativo para eletrônicos de baixa potência, como as redes autônomas de sensores sem fio usadas para monitorar tudo, desde a temperatura do oceano até o estresse dentro do motor de um carro. Essas misturas de fulereno-polímero são particularmente atraentes porque são leves, barato de fazer, flexível, personalizável no nível molecular, e relativamente amigo do ambiente.

p No entanto, as células solares de polímero atuais oferecem apenas cerca de um terço da eficiência de outros materiais de captação de energia, e são muito instáveis.

p A fim de melhorar a compreensão da ciência sobre a dinâmica desses sistemas e, portanto, seu desempenho operacional, a equipe realizou experimentos de refletometria de nêutrons no ILL, o principal centro mundial da ciência de nêutrons, em um modelo de filme simples feito de fulerenos puros com um polímero flexível. A refletometria de nêutrons é uma técnica não destrutiva que permite "raspar" camadas desses filmes finos para ver o que acontece com os fulerenos e os polímeros separadamente, em resolução de escala atômica, em toda a sua profundidade.

p Embora as teorias anteriores sugerissem que a estabilização de filme fino estava ligada à formação de uma camada de nanopartícula de fulereno expelida na interface do substrato, experimentos de refletometria de nêutrons mostraram que as "bolas de futebol" de carbono permanecem uniformemente distribuídas por toda a camada. Em vez de, a equipe revelou que a estabilização dos filmes foi causada por uma forma de foto-reticulação dos fulerenos. O processo confere maior integridade estrutural aos filmes, o que significa que filmes ultrafinos, (até 10.000 vezes menor que um cabelo humano) se tornam estáveis ​​prontamente com traços de fulereno.

p As implicações desta descoberta são significativas, particularmente no potencial de criar dispositivos de plástico muito mais finos que permanecem estáveis, com maior eficiência e vida útil (enquanto a menor quantidade de material necessária minimiza seu impacto ambiental).

p A sensibilidade à luz também sugere uma ferramenta única e simples para transmitir padrões e designs a esses filmes notoriamente instáveis. Para provar o conceito, a equipe usou uma fotomáscara para controlar espacialmente a distribuição da luz e o calor adicionado. A combinação faz com que os fulerenos se automontem em padrões bem definidos, conectados e desconectados, sob demanda, simplesmente aquecendo o filme até que comece a amolecer. Isso resulta em topografia espontânea e pode formar a base de uma ferramenta de baixo custo para impressão 3D de circuitos de filme fino. Outras aplicações potenciais podem incluir padronização de sensores ou andaimes biomédicos.

p No futuro, a equipe está tentando aplicar suas descobertas a polímeros conjugados e derivados de fulereno, mais comum em filmes comerciais, e revestimentos industriais de película fina.