p Nanofios e nanotubos, estruturas delgadas com apenas alguns bilionésimos de metro de diâmetro, mas muitos milhares ou milhões de vezes mais longas, tornaram-se materiais quentes nos últimos anos. Eles existem em muitas formas - feitos de metais, semicondutores, isoladores e compostos orgânicos - e estão sendo estudados para uso em eletrônica, conversão de energia, óptica e sensoriamento químico, entre outros campos. p A descoberta inicial de nanotubos de carbono - minúsculos tubos de carbono puro, essencialmente folhas de grafeno enroladas em um cilindro - geralmente é creditado a um artigo publicado em 1991 pelo físico japonês Sumio Ijima (embora algumas formas de nanotubos de carbono tenham sido observadas anteriormente). Quase imediatamente, houve uma explosão de interesse por essa forma exótica de um material comum. Nanofios - fibras cristalinas sólidas, em vez de tubos ocos - ganharam proeminência semelhante alguns anos depois.

p Devido à sua extrema esbeltez, tanto os nanotubos quanto os nanofios são essencialmente unidimensionais. "Eles são materiais quase unidimensionais, "diz a professora associada de ciência dos materiais e engenharia do MIT, Silvija Gradečak:" Duas de suas dimensões estão na escala nanométrica. "Esta unidimensionalidade confere propriedades elétricas e ópticas distintas.

p Por uma coisa, isso significa que os elétrons e fótons dentro desses nanofios experimentam "efeitos de confinamento quântico, "Gradečak diz. E ainda, ao contrário de outros materiais que produzem tais efeitos quânticos, como pontos quânticos, o comprimento dos nanofios possibilita que eles se conectem a outros dispositivos macroscópicos e ao mundo exterior.

p A estrutura de um nanofio é tão simples que não há espaço para defeitos, e os elétrons passam desimpedidos, Gradečak explica. Isso contorna um grande problema com semicondutores cristalinos típicos, como aqueles feitos de uma pastilha de silício:sempre há defeitos nessas estruturas, e esses defeitos interferem na passagem dos elétrons.

p Feito de uma variedade de materiais, os nanofios podem ser "cultivados" em muitos substratos diferentes por meio de um processo de deposição de vapor. Pequenas contas de ouro derretido ou outros metais são depositadas em uma superfície; o material nanofio, no vapor, é então absorvido pelo ouro fundido, em última análise, crescendo da parte inferior dessa conta como uma coluna fina do material. Ao selecionar o tamanho do cordão de metal, é possível controlar com precisão o tamanho do nanofio resultante.

p Além disso, materiais que normalmente não se misturam facilmente podem ser cultivados juntos na forma de nanofios. Por exemplo, camadas de silício e germânio, dois semicondutores amplamente usados, "são muito difíceis de crescer juntos em filmes finos, "Gradečak diz." Mas em nanofios, eles podem ser cultivados sem problemas. "Além disso, o equipamento necessário para este tipo de deposição de vapor é amplamente utilizado na indústria de semicondutores, e pode ser facilmente adaptado para a produção de nanofios.

p Embora os diâmetros dos nanofios e dos nanotubos sejam insignificantes, seu comprimento pode se estender por centenas de micrômetros, mesmo alcançando comprimentos visíveis a olho nu. Nenhum outro material conhecido pode produzir tais proporções extremas de comprimento para diâmetro:milhões de vezes mais longos do que largos.

p Por causa disso, os fios têm uma proporção extremamente alta de área de superfície para volume. Isso os torna muito bons como detectores, porque toda essa área de superfície pode ser tratada para se ligar a moléculas químicas ou biológicas específicas. O sinal elétrico gerado por essa ligação pode então ser facilmente transmitido ao longo do fio.

p De forma similar, a forma dos nanofios pode ser usada para produzir lasers de feixe estreito ou diodos emissores de luz (LEDs), Gradečak diz. Essas minúsculas fontes de luz podem algum dia encontrar aplicações em chips fotônicos, por exemplo - chips nos quais as informações são transportadas pela luz, em vez das cargas elétricas que transmitem informações na eletrônica de hoje.

p Em comparação com nanofios sólidos, os nanotubos têm uma estrutura mais complexa:essencialmente folhas de carbono puro com a espessura de um átomo, com os átomos dispostos em um padrão que se assemelha a uma tela de arame. Eles se comportam de várias maneiras como materiais unidimensionais, mas na verdade são tubos ocos, como um longo, canudo em escala nanométrica.

p As propriedades dos nanotubos de carbono podem variar muito, dependendo de como eles são enrolados, uma propriedade chamada quiralidade. (É semelhante à diferença entre formar um tubo de papel enrolando uma folha de papel no sentido do comprimento e na diagonal:os diferentes alinhamentos das fibras no papel produzem diferentes resistências nos tubos resultantes.) No caso dos nanotubos de carbono, a quiralidade pode determinar se os tubos se comportam como metais ou como semicondutores.

p Mas, ao contrário do controle preciso de fabricação que é possível com os nanofios, até agora, os métodos para fazer nanotubos produzem uma mistura aleatória de tipos, que deve ser classificado para fazer uso de um tipo específico. Além de nanotubos de parede única, eles também existem em formas de paredes duplas e múltiplas.

p Além de suas propriedades eletrônicas e ópticas úteis, nanotubos de carbono são excepcionalmente fortes, e são usados ​​como fibras de reforço em materiais compósitos avançados. "Em qualquer aplicação onde a unidimensionalidade é importante, tanto os nanotubos de carbono quanto os nanofios proporcionariam benefícios, "Gradečak diz. 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.