p Pesquisadores da Universidade Umea, junto com pesquisadores da Uppsala University e da Stockholm University, mostram em um novo estudo como o grafeno dopado com nitrogênio pode ser enrolado em nano pergaminhos arquimedianos perfeitos ao aderir nanopartículas de óxido de ferro magnético na superfície das folhas de grafeno. O novo material pode ter propriedades muito boas para aplicação como eletrodos em, por exemplo, baterias de íon-lítio. p O grafeno é um dos materiais mais interessantes para futuras aplicações em tudo, desde eletrônicos de alto desempenho, componentes ópticos para materiais flexíveis e fortes. O grafeno comum consiste em folhas de carbono com uma ou poucas camadas atômicas de espessura.

p No estudo, os pesquisadores modificaram o grafeno substituindo alguns dos átomos de carbono por átomos de nitrogênio. Por este método, eles obtêm locais de ancoragem para as nanopartículas de óxido de ferro que são decoradas nas folhas de grafeno em um processo de solução. No processo de decoração, pode-se controlar o tipo de nanopartículas de óxido de ferro que se formam na superfície do grafeno, de modo que eles formam a chamada hematita (a forma avermelhada do óxido de ferro que freqüentemente é encontrada na natureza) ou maghemita, uma forma menos estável e mais magnética de óxido de ferro.

p "Curiosamente, observamos que quando o grafeno é decorado por maghemita, as folhas de grafeno espontaneamente começam a rolar em perfeitos nano pergaminhos arquimedianos, enquanto que, quando decorado por nanopartículas de hematita menos magnéticas, o grafeno permanece como folhas abertas, diz Thomas Wågberg, Professor titular do Departamento de Física da Universidade de Umeå.

p Os nanoscrolls podem ser visualizados como "rolos suíços" tradicionais, onde o pão-de-ló representa o grafeno, e o recheio cremoso são as nanopartículas de óxido de ferro. Os nanoscrolls de grafeno são, no entanto, cerca de um milhão de vezes mais finos.

p Os resultados que agora foram publicados em Nature Communications são conceitualmente interessantes por várias razões. Mostra que a interação magnética entre as nanopartículas de óxido de ferro é um dos principais efeitos por trás da formação do scroll. Também mostra que os defeitos de nitrogênio na rede de grafeno são necessários para estabilizar um número suficientemente alto de nanopartículas de maghemita, e também responsável por "flambar" as folhas de grafeno e, assim, diminuir a energia de formação dos nanoscrolls.

p O processo é extraordinariamente eficiente. Quase 100 por cento das folhas de grafeno são roladas. Após a decoração com partículas de maghemita, a equipe de pesquisa não conseguiu encontrar nenhuma folha de grafeno aberta.

p Além disso, eles mostraram que, removendo as nanopartículas de óxido de ferro por tratamento com ácido, os nanoscrolls se abrem novamente e voltam a folhas únicas de grafeno.

p "Além de adicionar um conhecimento fundamental valioso na física e química do grafeno, dopagem de nitrogênio e nanopartículas, temos razões para acreditar que os nanoscrolls de grafeno dopados com nitrogênio decorados com óxido de ferro têm propriedades muito boas para aplicação como eletrodos em, por exemplo, baterias de íon-lítio, uma das baterias mais importantes na eletrônica do dia a dia, "diz Thomas Wågberg.

p O estudo foi conduzido dentro do projeto "The artificial leaf", que é financiado pela Fundação Knut e Alice Wallenberg para o físico, químicos, e pesquisadores de ciência de plantas na Universidade de Umeå.