p (Phys.org) - Pesquisadores da Purdue University estão desenvolvendo um método para produzir em massa um novo tipo de nanomaterial para sensores e baterias avançadas, com um olho voltado para a manufatura no meio-oeste. p Os resultados da pesquisa indicam que o material se mostra promissor como um sensor para detectar glicose na saliva ou lágrimas e para "supercapacitores" que poderiam tornar possível o carregamento rápido, baterias de alto desempenho.

p Contudo, para que o material seja comercializado, os pesquisadores devem encontrar uma maneira de produzi-lo em massa com baixo custo.

p "Uma coisa é dizer que você tem um novo material maravilhoso, mas você pode provar que isso pode ser feito em escala comercial? "disse Arvind Raman, Robert V. Adams Professor de Engenharia Mecânica. "Em muitos casos, descobrimos que uma pesquisa fundamental precisa ser feita para aumentar a escala. Você quer ser capaz de produzir grandes quantidades do material a 50 centavos por metro quadrado."

p Agora, uma equipe de pesquisadores de Purdue terá como objetivo fazer exatamente isso. O projeto, financiado com uma doação de US $ 1,5 milhão da National Science Foundation, concentra-se na criação de um método de nanofabricação que seja "escalonável, "ou capaz de produção em massa a baixo custo.

p A tecnologia subjacente foi desenvolvida por um grupo de pesquisa liderado por Timothy Fisher, o professor James G. Dwyer em Engenharia Mecânica. Consiste em nanoestruturas verticais semelhantes a pequenas pétalas de rosa feitas de um material chamado grafeno, que é uma película de carbono com a espessura de um átomo.

p "Usando esses nanopetais de grafeno, percebemos um desempenho excepcional em uma ampla gama de dispositivos em escala de laboratório, "Fisher disse.

p Os pesquisadores esperam aumentar a velocidade de produção de superfícies revestidas com nanopetal para 10 metros quadrados por hora, representando um aumento dramático na taxa de produção em escala de laboratório.

p Raman tem experiência na fabricação rolo a rolo, um esteio de muitas operações industriais, incluindo a produção de papel e chapas metálicas. Ele modela a mecânica do processo de criação de materiais flexíveis em folhas em alta velocidade e sob tensão.

p "Um fator importante serão os parceiros da indústria, "disse ele." Existem muitas indústrias que têm operações roll-to-roll. Portanto, focar no roll-to-roll como uma plataforma para a produção de nanomateriais é muito estratégico para o meio-oeste. "

p Ele também tem experiência em medição de precisão usando um microscópio de força atômica.

p "Você tem que ser capaz de medir o material enquanto ele está sendo fabricado, e este é um desafio devido à escala nanométrica das pétalas, " ele disse.

p Os nanopetais de grafeno também se mostraram promissores como um material de "interface térmica" para evitar o superaquecimento dos chips de computador.

p "Uma série de novos dispositivos e conceitos de materiais baseados em nanopetais de grafeno estão surgindo em aplicações tão diversas como compostos de fibra de carbono e novos materiais de interface térmica, "Raman disse." O interesse comercial é extremamente alto por este nanomaterial de carbono recente. "

p Outros pesquisadores-chave do projeto são Alina Alexeenko, professor associado de aeronáutica e astronáutica; Alexander Wei, professor do Departamento de Química; Ernesto E. Marinero, professor de prática de engenharia nas escolas de Engenharia Química e Engenharia de Materiais; e Euiwon Bae, um professor pesquisador de engenharia mecânica.

p Os nanopetais são criados no vácuo, expondo um tecido de fibra de carbono a um plasma de alta energia que contém íons de hidrogênio e outros ingredientes, um processo conhecido como deposição de vapor químico intensificada por plasma. Alexeenko liderará o trabalho para modelar o reator de plasma e otimizar suas condições para uma conversão rápida e ecologicamente correta de matérias-primas, como metano e hidrogênio, em nanopetais de carbono.

p Wei irá funcionalizar pétalas com nanopartículas de metal e enzimas que reconhecem glicose ou outras moléculas-alvo para biossensor. Marinero se concentrará na confiabilidade dos dispositivos feitos com o nanomaterial, e Bae trabalhará para garantir o tamanho adequado das pétalas, analisando os padrões de dispersão de luz da superfície do material.

p A maior parte da pesquisa será baseada no Centro de Nanotecnologia Birck em Purdue's Discovery Park.

p "A produção em escala é um desafio chave para a nanotecnologia, "disse Ali Shakouri, Mary Jo e Robert L. Kirk, Diretor do Birck Nanotechnology Center e professor de engenharia elétrica e de computação. "Este projeto da NSF é parte de uma iniciativa mais ampla de nanofabricação no Birck Nanotechnology Center, onde nos concentramos na produção rolo a rolo de filmes finos inteligentes para aplicações em farmácias e embalagens de alimentos."

p Wei disse, "O projeto representa a vanguarda de um movimento muito maior em Purdue para sinergizar a expertise de pesquisa central em ciência e engenharia de uma forma que forneça aos alunos de pós-graduação oportunidades para superar os desafios de converter descobertas de pesquisas empolgantes em produtos que podem ser comercializados."

p As tecnologias desenvolvidas no projeto podem ser comercializadas através da colaboração com uma empresa start-up local, Folium Nanotechnologies LLC, co-fundada por Fisher e Marinero, bem como Roche Diagnostics e Battery Innovation Center. O centro foi lançado este ano para alavancar os ativos dos setores público e privado de Indiana em tecnologias avançadas de bateria para facilitar a pesquisa e o desenvolvimento, prototipagem rápida e fabricação sob contrato para a indústria, clientes acadêmicos e militares.

p "Uma série de workshops regionais sobre nanofabricação rolo a rolo será organizada para servir como um catalisador para a inovação no meio-oeste, reunindo pequenos interessados, médias e grandes empresas, juntamente com fabricantes de equipamentos originais e pesquisadores universitários, "Raman disse.

p A nova tecnologia pode ser de particular interesse para os fabricantes de baterias em Indiana.

p Os pesquisadores também disponibilizarão ferramentas de simulação avançadas para processos roll-to-roll baseados em vácuo. As ferramentas estarão à disposição das empresas por meio da ciberinfraestrutura do HUB fabril e do nanoHUB, um site interativo que disponibiliza simulações científicas, seminários, cursos interativos e outros materiais especializados relacionados à nanotecnologia.

p "Vamos educar a força de trabalho dos EUA por meio de uma aula online inovadora sobre nanofabricação oferecida como parte da iniciativa nanoHUB U, "Raman disse.

p A pesquisa tem potencial de amplo impacto.

p "Muitos resultados desta pesquisa não são apenas aplicáveis ​​à tecnologia de nanopetal de grafeno, mas sim para uma ampla variedade de nanomateriais fabricados em processos de nanofabricação roll-to-roll de baixa pressão e ambiente, " ele disse.