p Depois que o grafeno foi produzido pela primeira vez no laboratório em 2004, milhares de laboratórios começaram a desenvolver produtos de grafeno em todo o mundo. Os pesquisadores ficaram surpresos com suas propriedades leves e ultra-fortes. Dez anos depois, os cientistas agora procuram outros materiais que tenham o mesmo nível de potencial. p “Continuamos trabalhando com grafeno, e há alguns aplicativos em que funciona muito bem, "disse Mark Hersam, a cadeira Bette e Neison Harris em Excelência em Ensino da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas McCormick da Northwestern University, quem é um especialista em grafeno. "Mas não é a resposta para todos os problemas do mundo."

p Parte de uma família de materiais chamados dichalcogenetos de metais de transição, dissulfeto de molibdênio (MoS2) surgiu como um material pioneiro para exploração no laboratório de Hersam. Como o grafeno, pode ser esfoliado em lâminas atomicamente finas. À medida que se afina até o limite atômico, torna-se fluorescente, tornando-o útil para optoeletrônica, como diodos emissores de luz, ou dispositivos de absorção de luz, como células solares. MoS2 também é um verdadeiro semicondutor, tornando-o um excelente candidato para a eletrônica, e historicamente tem sido usado em catálise para remover enxofre do petróleo bruto, que evita a chuva ácida.

p O desafio de Hersam era encontrar uma maneira de isolar folhas atomicamente finas desse material promissor em uma escala maior. Nos últimos seis anos, seu laboratório desenvolveu métodos para esfoliar finas camadas de grafeno de grafite, usando métodos baseados em solução.

p "Você pensaria que seria fácil fazer a mesma coisa com o dissulfeto de molibdênio, "disse ele." Mas o problema é que embora a esfoliação seja semelhante ao grafeno, a separação é consideravelmente mais desafiadora. "

p A pesquisa de Hersam é descrita no artigo "Classificação de espessura de dichalcogenetos de metais de transição bidimensionais via ultracentrifugação gradiente assistida por copolímero, "que foi publicado na edição de 13 de novembro da Nature Communications .

p Para classificar camadas de grafeno, Hersam usou a força centrífuga para separar os materiais por densidade. Para fazer isso, ele e seu grupo adicionaram o material a um tubo de centrífuga junto com um gradiente de solução à base de água. Após a centrifugação, as espécies mais densas se movem em direção ao fundo, criando camadas de densidades dentro do tubo de centrífuga. O grafeno é classificado em folhas de camada única no topo, então folhas de bicamada, tricamada, e assim por diante. Como o grafeno tem uma densidade relativamente baixa, ele classifica facilmente em comparação com materiais de alta densidade.

p "Se eu usar exatamente o mesmo processo com dissulfeto de molibdênio, sua densidade mais alta fará com que ele bata, "Hersam disse." Excede a densidade máxima do gradiente, que exigia uma solução inovadora. "

p A Hersam precisava pegar o material inerentemente denso e efetivamente reduzir sua densidade sem alterar o próprio material. Ele percebeu que esse objetivo poderia ser alcançado ajustando a densidade das moléculas usadas para dispersar o MoS2. Em particular, o uso de dispersantes de polímero mais volumosos permitiu que a densidade efetiva de MoS2 fosse reduzida para a faixa do gradiente de densidade. Desta forma, as folhas de MoS2 flutuaram em posições em camadas em vez de se acumularem no fundo do tubo de centrífuga. Esta técnica não funciona apenas para MoS2, mas para outros materiais da família dos dichalcogenetos de metais de transição.

p "Agora podemos isolar uma única camada, bicamada, ou dichalcogenetos de metal de transição em três camadas de uma maneira escalonável, "Hersam disse." Este processo nos permitirá explorar sua utilidade em aplicativos de grande escala, como eletrônicos, optoeletrônica, catálise, e células solares. "