Cientistas do Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA (NRL) moveram gotículas de líquido usando longos gradientes químicos formados no grafeno. A mudança na concentração de flúor ou oxigênio formada usando um processo simples baseado em plasma empurra ou puxa gotículas de água ou agente nervoso simulador através da superfície. Esta nova conquista oferece aplicações potenciais que variam de eletrônicos a ressonadores mecânicos e sensores bioquímicos.

Cientistas do NRL mostraram que é possível criar um gradiente químico no grafeno, que empurra ou puxa pequenas gotas de líquido. Gradientes na molhabilidade de um material são amplamente encontrados na natureza, como o famoso efeito de folha de lótus ou em teias de aranha. Os pesquisadores que estudam esses efeitos descobriram que isso é útil, o gradiente deve ser especialmente suave, sem defeitos que possam prender a gota d'água. O efeito foi alcançado antes com grandes moléculas ou polímeros, mas não com grafeno - uma camada de carbono com apenas um átomo de espessura. A flexibilidade química desse carbono permitiu que gradientes de oxigênio e flúor fossem criados. A resistência mecânica do grafeno significa que esses gradientes químicos baseados em grafeno podem ser transferidos para muitas superfícies diferentes. Combinado, essas vantagens fornecem avanços potenciais no design de dispositivos para aplicações que variam de microfluídica a detecção. A pesquisa aparece no dia 25 de junho, 2013, edição do jornal ACS Nano .

A criação de gradientes químicos requer um toque delicado. Embora o grafeno seja um material robusto, ainda tem apenas um átomo de espessura - uma reação muito enérgica pode destruí-lo. A solução ideal era usar uma tecnologia de processamento de plasma patenteada pela NRL que pode produzir os padrões químicos em escala de wafer necessários quando combinada com uma máscara física. Aqui, a máscara era um dossel que pairava sobre o grafeno, mas apenas parcialmente o protegeu do plasma. Mover o dossel mais alto ou torná-lo mais longo cria diferentes gradientes, que são limpos e suaves sem quaisquer etapas de processamento adicionais.

"A beleza desta abordagem é a capacidade de produzir rapidamente gradientes químicos de uma escala desejada ou construir matrizes de vários gradientes em grandes áreas de superfície. Esta combinação é muito desejável quando se considera a fabricação em larga escala de dispositivos, "disse Scott Walton, chefe da Seção de Aplicações de Plasma da NRL. "Uma propriedade interessante do grafeno é que ele pode ser transferido para muitos substratos diferentes, "observa o co-autor Paul Sheehan, da Divisão de Química da NRL. "Em princípio, pode-se criar este gradiente químico em muitos substratos diferentes, algo que tem sido difícil de datar. "

A equipe de pesquisa produziu e testou dois gradientes químicos diferentes e, em seguida, testou-os usando dois líquidos, água e dimetil-metilfosfonato (um simulador de agente nervoso). Para ambos os líquidos, um gradiente de grupos funcionais de oxigênio puxou as gotas de líquido para aumentar a concentração de oxigênio. Um gradiente de flúor fez exatamente o oposto, empurrando a gota para o flúor decrescente. A direção do movimento é amplamente atribuída a mudanças na energia da superfície nas superfícies funcionalizadas.

Esperando ansiosamente, o grupo acredita que os gradientes químicos podem ser usados ​​para impulsionar gotículas menores e talvez até moléculas individuais. A capacidade de mover líquidos ou adsorvatos pela superfície fornece recursos adicionais no design do dispositivo para aplicações que variam de microfluídica a detecção química. "Modificações de superfície bem controladas fornecem a capacidade de manipular os atributos do material localmente, abordando individualmente os componentes sensoriais e de transdução de um material híbrido, que oferecem uma gama de oportunidades em uma variedade de aplicações, "diz Sandra Hernandez, o associado de pesquisa de pós-doutorado do NRC-NRL que projetou, fabricado, e caracterizou os gradientes. "Você pode imaginar esses filmes ajudando a descontaminar um prédio ou roupas, puxando o agente para um absorvedor ou um catalisador que os decompõe, "acrescenta o Dr. Sheehan." Alternativamente, poderia atuar como um prato de radar para um sensor, puxando todos os agentes de uma grande área para uma pequena, sensor de baixa potência. "