p Hexágonos concêntricos de grafeno cultivados em uma fornalha na Rice University representam a primeira vez que alguém sintetizou nanofitas de grafeno em metal de baixo para cima - átomo por átomo. p Visto ao microscópio, as camadas trouxeram cebolas à mente, disse o químico de arroz James Tour, até que um colega sugeriu que o grafeno plano nunca poderia ser como uma cebola.

p "Então eu disse, 'OK, estes são anéis de cebola, '"Tour brincou.

p O nome pegou, e os anéis notáveis ​​que os químicos maravilharam foram até mesmo possíveis são descritos em um novo artigo no Jornal da American Chemical Society .

p O desafio era descobrir como tal coisa poderia crescer, Tour disse. Usualmente, o grafeno cultivado em uma fornalha quente por deposição química de vapor começa em uma semente - uma partícula de poeira ou uma protuberância em uma superfície de cobre ou outra superfície metálica. Um átomo de carbono se agarra à semente em um processo chamado nucleação e outros seguem para formar a conhecida grade de tela de galinheiro.

p Os experimentos no laboratório de Tour para ver como o grafeno cresce sob alta pressão e em um ambiente rico em hidrogênio produziram os primeiros anéis. Nessas condições, Percorrer, O físico teórico do arroz Boris Yakobson e suas equipes descobriram que toda a borda de uma folha de grafeno de crescimento rápido se torna um local de nucleação quando hidrogenada. A borda permite que os átomos de carbono entrem na pele do grafeno, onde eles começam uma nova planilha.

p Mas, como o grafeno superior cresce tão rápido, eventualmente interrompe o fluxo de átomos de carbono para a nova folha abaixo. O fundo para de crescer, deixando um anel de grafeno. Em seguida, o processo se repete.

p "O mecanismo depende dessa camada superior para impedir que o carbono chegue ao fundo com tanta facilidade, "Tour disse." O que nós temos é um múltiplo de monocristais crescendo um em cima do outro.

p O laboratório Tour foi o pioneiro na fabricação em massa de nanofitas de grafeno com um único átomo de espessura em 2009, com a descoberta de que os nanotubos de carbono poderiam ser quimicamente "descompactados" em comprimentos, folhas finas. Nanofitas estão sendo estudadas para uso em baterias e eletrônicos avançados e como dissipadores de calor.

p "Normalmente, você faz uma fita pegando uma coisa grande e cortando-a, "Tour disse." Mas se você pode crescer uma fita de baixo para cima, você poderia ter controle das bordas. "A configuração atômica na borda ajuda a determinar as propriedades elétricas do grafeno. As bordas dos anéis de cebola hexagonais de grafeno são ziguezagues, que tornam os anéis metálicos.

p "A grande notícia aqui, " ele disse, "é que podemos mudar as pressões relativas do ambiente de crescimento do hidrogênio versus carbono e obter estruturas inteiramente novas. Isso é dramaticamente diferente do grafeno regular."

p Estudante de pós-graduação Zheng Yan, membro do laboratório do Tour e principal autor do artigo, descobriu a nova rota para as nanofitas enquanto fazia experiências com o crescimento de grafeno sob pressão de hidrogênio em vários graus. O ponto ideal para anéis era 500 Torr, ele disse.

p Testes adicionais encontraram os anéis microscópicos formados por baixo e não no topo da folha, e o laboratório de Yakobson confirmou o mecanismo de crescimento por meio de cálculos do primeiro princípio. Yan também determinou que a folha superior de grafeno poderia ser removida com plasma de argônio, deixando anéis autônomos.

p A largura dos anéis, que variou de 10 a 450 nanômetros, também afeta suas propriedades eletrônicas, portanto, encontrar uma maneira de controlá-lo será um foco de pesquisa contínua, Tour disse. "Se pudermos fazer fitas de 10 nanômetros de forma consistente, podemos começar a transformá-los em transistores de baixa tensão, ", disse ele. Eles também podem ser adequados para armazenamento de lítio para baterias de íon de lítio avançadas, ele disse.