p Num sentido, diz a professora de engenharia química do MIT Karen Gleason, você pode rastrear a tecnologia de deposição de vapor químico, ou CVD, todo o caminho de volta à pré-história:"Quando os homens das cavernas acenderam uma lâmpada e fuligem foi depositada na parede de uma caverna, " ela diz, essa era uma forma rudimentar de DCV. p Hoje, O CVD é uma ferramenta básica de manufatura - usada em tudo, de óculos de sol a sacos de batatas fritas - e é fundamental para a produção de grande parte dos eletrônicos atuais. É também uma técnica sujeita a constante aperfeiçoamento e expansão, empurrando a pesquisa de materiais em novas direções, como a produção de folhas de grafeno em grande escala, ou o desenvolvimento de células solares que poderiam ser "impressas" em uma folha de papel ou plástico.

p Nessa última área, Gleason, que também atua como reitor associado do MIT, foi um pioneiro. Ela desenvolveu o que tradicionalmente era um processo de alta temperatura usado para depositar metais sob condições industriais em um processo de baixa temperatura que poderia ser usado para materiais mais delicados, como polímeros orgânicos. Esse desenvolvimento, um refinamento de um método inventado na década de 1950 pela Union Carbide para produzir revestimentos de polímero de proteção, é o que habilitou, por exemplo, as células solares imprimíveis que Gleason e outros desenvolveram.

p Esta deposição de vapor de polímeros abriu a porta para uma variedade de materiais que seriam difíceis, e em alguns casos impossível, para produzir de qualquer outra forma. Por exemplo, muitos polímeros úteis, como materiais de derramamento de água para proteger componentes industriais ou implantes biológicos, são feitos de precursores que não são solúveis, e, portanto, não poderia ser produzido usando métodos convencionais baseados em solução. Além disso, diz Gleason, o professor Alexander e I. Michael Kasser no MIT, o próprio processo CVD induz reações químicas entre revestimentos e substratos que podem ligar fortemente o material à superfície.

p O trabalho de Gleason em CVD à base de polímero começou na década de 1990, quando ela fez experimentos com Teflon, um composto de cloro e flúor. Esse trabalho levou a um campo agora florescente, detalhado em um novo livro editado por Gleason, intitulado "Polímeros CVD:Fabricação de Superfícies e Dispositivos Orgânicos" (Wiley, 2015).

p No momento, o pensamento era que a única maneira de fazer o CVD funcionar com materiais poliméricos era usando plasma - um gás eletricamente carregado - para iniciar a reação. Gleason tentou realizar experimentos para provar isso, começando por fazer um experimento de controle sem o plasma, a fim de demonstrar a importância dele para fazer o processo funcionar. Em vez de, seu experimento de controle funcionou bem sem plasma, provando que para muitos polímeros esta etapa não era necessária.

p Mas o equipamento utilizado por Gleason permitia que a temperatura do gás fosse controlada separadamente da do substrato; ter o refrigerador de substrato acabou sendo a chave. Ela passou a demonstrar o processo livre de plasma com mais de 70 polímeros diferentes, abrindo todo um novo campo de pesquisa.

p O processo pode exigir muitos ajustes, mas é fundamentalmente um conjunto simples de etapas:O material a ser revestido é colocado dentro de uma câmara de vácuo - que determina o tamanho máximo dos objetos que podem ser revestidos. Então, o material de revestimento é aquecido, ou a pressão em torno dele é reduzida até que o material vaporize, dentro da câmara de vácuo ou em uma área adjacente a partir da qual o vapor pode ser introduzido. Lá, o material suspenso começa a assentar no material do substrato e formar um revestimento uniforme. Ajustar a temperatura e a duração do processo permite controlar a espessura do revestimento.

p Com metais ou compostos de metal, como aqueles usados ​​na indústria de semicondutores, ou os revestimentos prateados dentro de sacos de lanche, o vapor de metal aquecido se deposita em um substrato mais frio. No processo de polímero, é um pouco mais complexo:dois ou mais compostos precursores diferentes, chamados monômeros, são introduzidos na câmara, onde reagem para formar polímeros à medida que se depositam na superfície.

p Mesmo o processamento de CVD em alta temperatura evoluiu, com grande potencial para aplicações comerciais. Por exemplo, o grupo de pesquisa de John Hart, um professor associado de engenharia mecânica, construiu um sistema de processamento roll-to-roll usando CVD para fazer folhas de grafeno, um material com aplicações potenciais que variam de telas grandes a sistemas de filtragem de água. O grupo de Hart e outros usaram CVD para produzir grandes matrizes de nanotubos de carbono, materiais com potencial como novos eletrodos para baterias ou células de combustível.

p "É um processo de fabricação muito versátil e amplamente utilizado, "Hart diz, "e um processo muito geral que pode ser adaptado para muitas aplicações diferentes."

p Uma grande vantagem do processamento de CVD é que ele pode criar revestimentos de espessura uniforme, mesmo em formas complexas. Por exemplo, O CVD pode ser usado para revestir uniformemente os nanotubos de carbono - minúsculos cilindros de carbono puro que são muito mais delgados que um fio de cabelo - para modificar suas propriedades mecânicas e fazê-los reagir quimicamente a certas substâncias.

p "Combinando dois processos CVD - um para fazer crescer os nanotubos de carbono, e outro para revestir os nanotubos - temos uma maneira escalável de fabricar nanomateriais com novas propriedades, "Hart diz.

p Muito progresso na pesquisa de CVD nos últimos anos remonta à descoberta inesperada de Gleason, na década de 1990, que o processo poderia funcionar sem plasma - e seu acompanhamento nessa descoberta. "Você precisa prestar atenção quando algo novo acontece, "ela diz." Essa é a chave. " 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.