p O grafeno é um material com uma série de aplicações potenciais, inclusive em fontes de luz flexíveis, painéis solares que podem ser integrados em janelas, e membranas para dessalinizar e purificar a água. Mas todos esses usos possíveis enfrentam o mesmo grande obstáculo:a necessidade de um método escalonável e econômico para a fabricação contínua de filmes de grafeno. p Isso pode finalmente mudar com um novo processo descrito esta semana no jornal Relatórios Científicos por pesquisadores do MIT e da Universidade de Michigan. Professor Associado de Engenharia Mecânica do MIT A. John Hart, o autor sênior do artigo, diz que o novo processo de fabricação rolo-a-rolo descrito por sua equipe aborda o fato de que para muitas aplicações propostas de grafeno e outros materiais 2-D serem práticos, "você vai precisar fazer acres disso, repetidamente e de maneira econômica. "

p Fazer tais quantidades de grafeno representaria um grande salto em relação às abordagens atuais, onde os pesquisadores lutam para produzir pequenas quantidades de grafeno - muitas vezes puxando essas folhas de um pedaço de grafite usando fita adesiva, ou produzir um filme do tamanho de um selo postal usando uma fornalha de laboratório. Mas o novo método promete permitir a produção contínua, usando uma folha de metal fina como substrato, em um processo industrial em que o material seria depositado na folha à medida que se movia suavemente de um carretel para outro. As folhas resultantes seriam limitadas em tamanho apenas pela largura dos rolos de folha e pelo tamanho da câmara onde a deposição ocorreria.

p Como um processo contínuo elimina a necessidade de parar e começar a carregar e descarregar materiais de uma câmara de vácuo fixa, como nos métodos de processamento de hoje, poderia levar a um aumento significativo da produção. Isso poderia finalmente desencadear aplicações para o grafeno, que possui propriedades eletrônicas e ópticas únicas e é um dos materiais mais resistentes conhecidos.

p O novo processo é uma adaptação de um método de deposição de vapor químico já usado no MIT e em outros lugares para fazer grafeno - usando uma pequena câmara de vácuo na qual um vapor contendo carbono reage em um substrato horizontal, como uma folha de cobre. O novo sistema usa uma química de vapor semelhante, mas a câmara tem a forma de dois tubos concêntricos, um dentro do outro, e o substrato é uma fita fina de cobre que desliza suavemente sobre o tubo interno.

p Os gases fluem para os tubos e são liberados através de orifícios precisamente colocados, permitindo que o substrato seja exposto a duas misturas de gases sequencialmente. A primeira região é chamada de região de recozimento, usado para preparar a superfície do substrato; a segunda região é a zona de crescimento, onde o grafeno é formado na fita. A câmara é aquecida a aproximadamente 1, 000 graus Celsius para realizar a reação.

p Os pesquisadores projetaram e construíram uma versão do sistema em escala de laboratório, e descobri que quando a fita é movida a uma taxa de 25 milímetros (1 polegada) por minuto, muito uniforme, camada única de grafeno de alta qualidade é criada. Quando rolado 20 vezes mais rápido, ainda produz um revestimento, mas o grafeno é de qualidade inferior, com mais defeitos.

p Algumas aplicações potenciais, como membranas de filtração, pode exigir grafeno de alta qualidade, mas outros aplicativos, como aquecedores de filme fino podem funcionar bem o suficiente com folhas de qualidade inferior, diz Hart, quem é o Professor Associado de Desenvolvimento de Carreira da Mitsui em Tecnologia Contemporânea no MIT.

p Até aqui, o novo sistema produz grafeno que "não é bem [igual ao] melhor que pode ser feito por processamento em lote, "Hart diz, mas" até onde sabemos, ainda é pelo menos tão bom "quanto o que foi produzido por outros processos contínuos. Trabalhos adicionais em detalhes como o pré-tratamento do substrato para remover defeitos de superfície indesejados podem levar a melhorias na qualidade das folhas de grafeno resultantes, ele diz.

p A equipe está estudando esses detalhes, Hart acrescenta, e aprender sobre as compensações que podem informar a seleção das condições do processo para aplicações específicas, como entre a taxa de produção mais alta e a qualidade do grafeno. Então, ele diz, "O próximo passo é entender como ultrapassar os limites, para obtê-lo 10 vezes mais rápido ou mais. "

p Hart diz que embora este estudo se concentre no grafeno, a máquina pode ser adaptada para fabricar continuamente outros materiais bidimensionais, ou mesmo a matrizes crescentes de nanotubos de carbono, que seu grupo também está estudando.

p "Esta é uma pesquisa de alta qualidade que representa um progresso significativo no caminho para métodos de produção escalonáveis ​​para grafeno de grandes áreas, "diz Charlie Johnson, um professor de física e astronomia da Universidade da Pensilvânia que não estava envolvido neste trabalho. "Eu acho que a abordagem do tubo concêntrico é muito criativa. Ela tem o potencial de levar a custos de produção significativamente mais baixos para o grafeno, se puder ser dimensionado para larguras maiores de folha de cobre. " p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.