p (Phys.org) - o prodígio O grafeno material é uma camada de grafite com um átomo de espessura (outra forma cristalina de carbono) na qual os átomos de carbono estão dispostos em um padrão hexagonal regular. Sendo muito forte, luz, quase transparente, e um excelente condutor de calor e eletricidade, está encontrando novos aplicativos em um ritmo estonteante. Isso não é surpreendente, visto que sua miríade de características inclui sua eletrônica, óptico, excitônico, térmico, transporte de rotação, efeito Hall quântico anômalo, mecânico, e outras propriedades exclusivas. Embora uma das propriedades mecânicas atraentes do grafeno seja sua flexibilidade, a maioria das pesquisas sobre essas propriedades foi conduzida em substratos rígidos, como dióxido de silício ou quartzo. Um substrato rígido é adequado para transistores ou dispositivos fotoelétricos, mas a aplicação de grafeno a substratos flexíveis tem inúmeras aplicações, como eletrônicos orgânicos (usados ​​em células solares, diodos emissores de luz, tecnologia de tela de toque, fotodetectores, e membranas de separação molecular), fotônica, e optoeletrônica. Atualmente, há pouca atividade relatada na transferência de grafeno para substratos flexíveis, e estes normalmente usam polimetilmetacrilato (PMMA) como uma membrana intermediária - a desvantagem é que a membrana deve ser removida após a transferência. Recentemente, Contudo, cientistas do MIT, A Universidade do Alabama e a Universidade Federal de Minas Gerais desenvolveram um simples, Livre de PMMA, técnica de laminação direta para transferência de grafeno em vários substratos flexíveis. Embora seu método de transferência direta não funcione em substratos hidrofílicos como papel ou tecido, a nova técnica também pode funcionar com sucesso nesses trabalhos, usando PMMA como um modificador de superfície ou adesivo - uma capacidade que eles dizem que criará oportunidades para eletrônicos onipresentes ou usáveis. p O Prof. Paulo T. Araujo e o Prof. Jing Kong discutiram as pesquisas que seus alunos, Luiz Gustavo Pimenta e Yi Song, e colegas conduzidos em uma entrevista com Phys.org. “O conceito por trás da técnica de laminação é simples e, como se pode ver nas referências do nosso artigo, não fomos os primeiros a aplicá-lo, "Araujo diz ao Phys.org." No entanto, nós estavam os primeiros a aplicá-lo de uma forma muito limpa - ou seja, sem ajuda de membranas intermediárias, como PMMA, ou colas como fitas térmicas. "Os principais desafios que encontraram, ele observa, estavam otimizando parâmetros como temperatura da máquina de laminação, e fabricar a composição em camadas apropriada dos substratos alvo, grafeno, folha de cobre, e películas protetoras. "Além disso, "Araujo acrescenta, "precisávamos entender as diferenças e semelhanças entre os substratos que usamos. Por exemplo, um substrato muito poroso requer uma estratégia de transferência diferente da qual é muito suave. "

p Araujo observa que o novo método de transferência contrasta especificamente com os métodos anteriores em termos de velocidade e simplicidade. "Resumidamente, o método de transferência mais usado consiste em fazer um spincoating de PMMA sobre uma folha de cobre com grafeno cultivado sobre ela. Depois disso, o conjunto de cobre / grafeno / PMMA é deixado em um condicionador de cobre por 30 minutos, que elimina o cobre, deixando apenas o grafeno / PMMA sobrevive. Próximo, enxáguamos o conjunto de grafeno / PMMA com água DI e finalizamos com o substrato alvo. Finalmente, acetona ou recozimento é usado para se livrar do PMMA. Todo o processo leva aproximadamente 1-1,5 horas. "O novo método de transferência direta elimina a maioria das etapas acima, exceto aqueles que envolvem a cooperativa acondicionadora e a limpeza com água DI. "Portanto, " ele adiciona, "Eu diria que a transferência direta economiza cerca de meia hora."

p Araujo destaca que um fator chave foi identificar os fatores importantes necessários para uma transferência bem-sucedida para substratos descobertos. “O primeiro passo foi identificar diferenças e semelhanças entre os substratos que usamos, ou que poderia ser usado, em nossa pesquisa - ou seja, se poroso / não poroso, hidrofóbico / hidrofílico, macio / duro, comportamento da variação de temperatura, e assim por diante. Então, através de um plano cuidadoso e metódico, tivemos que excluir as diferenças / semelhanças que não desempenharam qualquer papel na transferência. "Esta etapa foi particularmente trabalhosa, Araujo diz, porque envolveu vários experimentos de transferência direta realizados sob condições extremamente variadas. Como resultado desse esforço, os cientistas concluíram que os fatores de substrato alvo mais importantes eram sua hidrofobicidade e área de contato com o conjunto de grafeno / cobre.

p Quanto aos substratos não adequados para uma transferência direta, a equipe também determinou que o PMMA pode ser usado como um modificador de superfície ou como uma cola para garantir uma transferência de grafeno bem-sucedida. "Primeiro, precisávamos ver se nossa previsão de hidrofobicidade estava correta - e o PMMA era uma escolha muito conveniente, uma vez que é hidrofóbico, "Araujo explica, "e. substratos hidrofóbicos funcionaram muito bem para a transferência. Portanto, perguntamos se poderíamos transformar um substrato hidrofílico, com o qual a transferência havia falhado anteriormente, em um substrato hidrofóbico. "A resposta foi sim - e podemos usar PMMA, uma vez que é macio (o que significa que pode atingir potencialmente a necessária transição de temperatura do vidro) e hidrofóbico. "Contudo, " ele adiciona, "isso nos levou a outra questão:se aplicarmos PMMA sobre o substrato hidrofílico, a transferência funcionará? "Os testes mostraram que sim, permitindo a transferência de grafeno para tecido e papel.

p Em relação à demonstração da equipe de que as multicamadas permitem que folhas condutoras de grandes áreas sejam colocadas na maioria dos substratos estudados, Kong reconhece que essa etapa foi simples do ponto de vista da transferência direta. "Como o grafeno é hidrofóbico, e supondo que a primeira transferência foi bem-sucedida, poderíamos realizar várias transferências com sucesso, "ele aponta." A parte mais difícil foi capturar imagens de microscópio eletrônico de varredura de grafenos múltiplos sobre os substratos flexíveis. Sendo isolantes, os substratos são carregados eletricamente com muita facilidade, o que nos impediu de ver o conjunto substrato / grafeno. Também, as medições de resistência da folha eram complicadas, uma vez que os substratos frágeis são frequentemente danificados pelas sondas. "

p Ao enfrentar esses desafios, Araujo diz que a principal ideia veio de pensar sobre os fatores críticos na interação entre o grafeno e PMMA / fitas térmicas. “A grande inovação foi certamente mostrar que, para a maioria dos substratos comerciais, não precisamos usar nenhuma membrana intermediária para transferir o grafeno para os substratos flexíveis. A ausência das membranas intermediárias fornece uma transferência limpa que melhora muito a qualidade do material transferido. Finalmente, no meu ponto de vista, é fantástico mostrar que podemos transferir grafeno para tecido ou papel tratando-os com uma membrana de PMMA que oferece o ambiente necessário para fazer a transferência funcionar - um método pode ser facilmente descrito como uma nova técnica para transferir grafeno para essa classe de substratos. "

p No futuro próximo, Kong afirma que haverá uma grande necessidade de formas alternativas de captação de energia. "Nesse contexto, " Ela explica, "a capacidade de sintetizar e manipular adequadamente e transferir materiais relevantes da estação de crescimento para as plataformas de destino é um grande problema, uma vez que essas etapas irão determinar a qualidade do produto final. O crescimento do grafeno já está bastante avançado - e o que estamos oferecendo com esta pesquisa é uma receita simples para fazer várias transferências de materiais, evitando contaminantes trazidos junto com os procedimentos padrão 'baseados em cola'. "

p Araujo vê esse avanço levando a uma nova era de telas sensíveis ao toque flexíveis de alta qualidade, diodos emissores de luz flexíveis, sensores flexíveis, filtros de gás e células solares. Além disso, ele observa que com o interesse emergente em novos materiais em camadas - por exemplo, nitreto de boro, dichalcogenetos de metais de transição, e óxidos - será possível fabricar heteroestruturas intercalando diferentes materiais. "As diferentes maneiras de intercalar os materiais em camadas fornecem uma classe totalmente nova de aplicações envolvendo eletrônica, spintrônica, supercondutividade e optoeletrônica, "Araujo diz, acrescentando que o procedimento de transferência livre de resíduos também pode representar um avanço para a construção de heteroestruturas de alta qualidade.

p "Em termos das próximas etapas planejadas em nossa pesquisa, "Kong continua, "a extensão de nossa metodologia deve ser testada com outros materiais em camadas, como, incluindo o nitreto de boro, dichalcogenetos e óxidos de metais de transição aqueles mencionados acima, bem como outros substratos. Um estudo mais completo sobre as temperaturas que determinam a transferência quente / frio também deve ser realizado. "

p Outro desafio citado por Araujo é a qualidade estrutural do material transferido. "Apesar de termos demonstrado o conceito de transferência livre de resíduos e abordado as razões para uma transferência bem-sucedida, a continuidade do filme transferido ainda não está no estado da arte. A falta de continuidade é bem-vinda para algumas aplicações, como filtros - mas é indesejável na produção de, por exemplo, dispositivos com tela de toque de alta qualidade. Também, "ele conclui, “a extensão dessa técnica para realizar essa transferência livre de resíduos para substratos rígidos ainda é um desafio - e vale lembrar que mesmo que o apelo tecnológico dos dispositivos flexíveis seja alto, muitas aplicações envolvendo, por exemplo, circuitos lógicos, ainda estão fortemente ligados a substratos rígidos. " p © 2013 Phys.org. Todos os direitos reservados.