p A pesquisa mais recente de um engenheiro químico da Kansas State University pode ajudar a melhorar os sensores de umidade e pressão, particularmente aqueles usados ​​no espaço sideral. p Vikas Berry, William H. Honstead, professor de engenharia química, e sua equipe de pesquisa está usando pontos quânticos de grafeno para melhorar os dispositivos de detecção em um projeto duplo. A primeira parte envolve a produção de pontos quânticos de grafeno, que são peças ultra-pequenas de grafeno. O grafeno é uma folha espessa de átomos de carbono com um único átomo e possui componentes elétricos superiores, propriedades mecânicas e ópticas. A segunda parte do projeto envolve a incorporação desses pontos quânticos em dispositivos de detecção baseados em tunelamento de elétrons.

p Para criar os pontos quânticos de grafeno, os pesquisadores usaram o corte em nanoescala de grafite para produzir nanofitas de grafeno. T.S. Sreeprasad, um pesquisador de pós-doutorado no grupo de Berry, clivou quimicamente essas fitas em dimensões laterais de 100 nanômetros.

p Os cientistas montaram os pontos quânticos em uma rede em uma microfibra higroscópica conectada a eletrodos em seus dois lados. Eles colocaram os pontos quânticos montados a menos de um nanômetro de distância, de modo que não ficaram completamente conectados. A montagem dos pontos é semelhante à estrutura da espiga de milho - os grãos de milho são pontos quânticos em nanoescala e a espiga é a microfibra.

p Vários pesquisadores, incluindo quatro ex-alunos de 2012 em engenharia química:Augustus Graham, Alfredo A. Rodriguez, Jonathan Colston e Evgeniy Shishkin - aplicaram um potencial através da fibra e controlaram a distância entre os pontos quânticos ajustando a umidade local, que muda a corrente que flui através dos pontos.

p "Se você reduzir a umidade ao redor deste dispositivo, a água retida por esta fibra é perdida, "Berry disse." Como resultado, a fibra encolhe e os componentes grafênicos que residem no topo se aproximam um do outro em escala nanométrica. Isso aumenta o transporte de elétrons de um ponto para o outro. Só pela leitura das correntes é possível saber a umidade do ambiente. "

p Diminuir a distância entre os pontos quânticos de grafeno em 0,35 nanômetros aumentou a condutividade do dispositivo em 43 vezes, Berry disse. Além disso, porque o ar contém água, reduzir a pressão do ar diminuiu seu conteúdo de água e fez com que os pontos quânticos de grafeno se aproximassem, que aumentou a condutividade. A mecânica quântica sugere que os elétrons têm uma probabilidade finita de criar um túnel de um eletrodo para um eletrodo não conectado, Berry disse. Esta probabilidade é inversa e exponencialmente proporcional à distância de tunelamento, ou a lacuna entre os eletrodos.

p A pesquisa tem inúmeras aplicações, particularmente na melhoria dos sensores de umidade, pressão ou temperatura.

p "Esses dispositivos são únicos porque, ao contrário da maioria dos sensores de umidade, estes são mais responsivos no vácuo, "Berry disse." Por exemplo, esses dispositivos podem ser incorporados em ônibus espaciais, onde medições de baixa umidade são necessárias. Esses sensores também podem detectar vestígios de água em Marte, que tem 1/100 da pressão atmosférica da Terra. Isso ocorre porque o dispositivo mede a umidade em uma resolução muito mais alta no vácuo. "

p Embora o coração do dispositivo seja a modulação do tunelamento de elétrons, a resposta do dispositivo é através da microfibra de polímero, Berry disse. Sua equipe também está procurando mudar o polímero para encontrar outras aplicações para esta pesquisa.

p "Se você substituir este polímero por um polímero que responde a outros estímulos, você pode fazer um tipo diferente de sensor, "Berry disse." Eu imagino que este projeto tenha um amplo impacto na detecção. "

p A pesquisa é apoiada por cinco anos de Berry, $ 400, Prêmio CAREER da National Science Foundation 000. Os resultados da pesquisa aparecem em uma edição recente da revista. Nano Letras em um artigo intitulado "Modulação de túnel de elétrons na rede de percolação de pontos quânticos de grafeno:fabricação, compreensão fenomenológica, e aplicações de detecção de umidade / pressão. "

p A equipe de pesquisa de Berry também está estudando máquinas moleculares com interface com o grafeno. Nesse trabalho, os pesquisadores são capazes de acionar mecanicamente as moléculas, que sofrem uma mudança no campo elétrico em torno deles e influenciam a densidade de portadores do grafeno interfaceado. Este trabalho aparecerá em uma próxima edição da revista. Pequena em um artigo intitulado "Funcionalização covalente de moléculas moduladoras de dipolo em grafeno de três camadas:uma avenida para máquinas moleculares com interface de grafeno."

p Os pesquisadores descobriram que o grafeno responde com sensibilidade ao movimento molecular. Phong Nguyen, estudante de doutorado em engenharia química e autor principal do trabalho, moléculas atuantes amarradas no grafeno e medido a resposta do dispositivo.

p "A próxima fase da ciência além da nanotecnologia será a tecnologia molecular, "Berry disse." Estamos trabalhando no desenvolvimento de rotas para incorporar máquinas moleculares em dispositivos. "