Nanotubos de carbono de parede única são carregados com propriedades desejáveis. Em particular, a capacidade de conduzir eletricidade em altas taxas de velocidade os torna atraentes para uso como transistores em nanoescala. Mas esta e outras propriedades são amplamente dependentes de sua estrutura, e sua estrutura é determinada quando o nanotubo está apenas começando a se formar.
Em um passo em direção à compreensão dos fatores que influenciam como os nanotubos se formam, pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST), a Universidade de Maryland, e a Texas A&M teve sucesso em filmá-los quando eles tinham apenas alguns átomos de idade. Essas "fotos de bebês" de nanotubos fornecem informações cruciais sobre como eles germinam e crescem, potencialmente abrindo o caminho para que os cientistas os criem em massa apenas com as propriedades que desejam. Os resultados foram publicados online em Nano Letras .
Para entender melhor como os nanotubos de carbono crescem e como cultivar os que você deseja, você precisa entender o início do processo de crescimento, chamado nucleação. Fazer isso, você precisa ser capaz de visualizar o processo de nucleação conforme ele acontece. Contudo, isso não é fácil porque envolve um pequeno número de átomos que se movem rapidamente, o que significa que você tem que tirar fotos de alta resolução muito rapidamente.
Porque rápido, câmeras de alta resolução são caras, Em vez disso, os cientistas do NIST desaceleraram a taxa de crescimento diminuindo a pressão dentro de seu instrumento, um microscópio eletrônico de transmissão de varredura ambiental. Dentro da câmara do microscópio, sob alta temperatura e baixa pressão, a equipe observou os átomos de carbono gerados a partir do acetileno choverem sobre pedaços de carboneto de cobalto de 1,2 nanômetro, onde eles se anexaram, formado em grafeno, circundou a nanopartícula, e começou a crescer em nanotubos.
"Nossas observações mostraram que os átomos de carbono ligados apenas às facetas de metal puro da nanopartícula de carboneto de cobalto, e não aquelas facetas entrelaçadas com átomos de carbono, "diz o químico do NIST Renu Sharma, quem liderou o esforço de pesquisa. "O tubo em expansão então cresceu acima das facetas de cobalto-carbono até encontrar outra superfície de metal puro para anexar, formando uma tampa fechada. Os átomos de carbono continuaram a se ligar nas facetas de cobalto, empurrar o grafeno previamente formado em direção à tampa em uma espécie de linha de montagem de carbono e alongar o tubo. Todo esse processo levou apenas alguns segundos. "
De acordo com Sharma, os átomos de carbono procuram as configurações energeticamente mais favoráveis à medida que formam grafeno na superfície das nanopartículas de carboneto de cobalto. Embora o grafeno tenha uma forma principalmente hexagonal, estrutura tipo favo de mel, a geometria da nanopartícula força os átomos de carbono a se organizarem em formas pentagonais dentro da rede de favo de mel. Crucialmente, essas irregularidades pentagonais na estrutura do grafeno são o que permite que o grafeno se curve e se torne um nanotubo.
Como as facetas das nanopartículas também parecem desempenhar um papel decisivo no diâmetro e na quiralidade do nanotubo, ou direção de torção, o próximo passo do grupo será medir a quiralidade dos nanotubos à medida que crescem. O grupo também planeja usar nanopartículas de metal com diferentes facetas para estudar suas propriedades adesivas e ver como elas afetam a quiralidade e o diâmetro dos tubos.
