p Na nanoescala, onde os objetos medem apenas bilionésimos de metro, o tamanho e a forma de um material podem muitas vezes ter efeitos eletrônicos e ópticos surpreendentes e poderosos. Construir materiais maiores que retêm características sutis em nanoescala é um desafio contínuo que molda inúmeras tecnologias emergentes. p Agora, cientistas do Laboratório Nacional de Brookhaven do Departamento de Energia dos EUA desenvolveram uma nova técnica para criar rapidamente grades nanoestruturadas para materiais funcionais com versatilidade sem precedentes.

p "Podemos fabricar grades multicamadas compostas de diferentes materiais em praticamente qualquer configuração geométrica, "disse o co-autor do estudo e cientista do Brookhaven Lab, Kevin Yager." Ao controlar de forma rápida e independente a estrutura e a composição em nanoescala, podemos personalizar o desempenho desses materiais. Crucialmente, o processo pode ser facilmente adaptado para aplicações em grande escala. "

p Os resultados - publicados online em 23 de junho no jornal Nature Communications - poderia transformar a fabricação de revestimentos de alta tecnologia para superfícies anti-reflexivas, células solares melhoradas, e eletrônicos touchscreen.

p Os cientistas sintetizaram os materiais no Brookhaven Lab's Center for Functional Nanomaterials (CFN) e caracterizaram as arquiteturas em nanoescala usando microscopia eletrônica no CFN e espalhamento de raios-x na National Synchrotron Light Source - ambos DOE Office of Science User Facilities.

p A nova técnica se baseia na automontagem do polímero, onde as moléculas são projetadas para se montar espontaneamente em estruturas desejadas. A automontagem requer uma explosão de calor para fazer as moléculas se encaixarem nas configurações adequadas. Aqui, um laser intensamente quente varreu a amostra para transformar blocos de polímero desordenados em arranjos precisos em apenas alguns segundos.

p "Estruturas automontadas tendem a seguir automaticamente as preferências moleculares, tornando as arquiteturas personalizadas desafiadoras, "disse o autor principal Pawel Majewski, um pesquisador de pós-doutorado em Brookhaven. "Nossa técnica a laser força a montagem dos materiais de uma maneira particular. Podemos então construir estruturas camada por camada, construir redes compostas de quadrados, losangos, triângulos, e outras formas. "

p Nanofios montados a laser

p Para a primeira etapa na construção da grade, a equipe aproveitou sua recente invenção de recozimento de zona a laser (LZA) para produzir os picos térmicos extremamente localizados necessários para impulsionar a automontagem ultrarrápida.

p Para explorar ainda mais o poder e a precisão do LZA, os pesquisadores aplicaram um revestimento elástico sensível ao calor no topo do filme de polímero não montado. O calor do laser faz com que a camada elástica se expanda - como um envoltório retrátil ao contrário - o que puxa e alinha os cilindros em nanoescala que se formam rapidamente.

p "O resultado final é que em menos de um segundo, podemos criar lotes altamente alinhados de nanocilindros, "disse o co-autor do estudo Charles Black, que lidera o grupo de Nanomateriais Eletrônicos do CFN. "Esta ordem persiste em áreas macroscópicas e seria difícil de obter com qualquer outro método."

p Para tornar essas grades bidimensionais funcionais, os cientistas converteram a base de polímero em outros materiais.

p Um método envolvia pegar a camada do nanocilindro e mergulhá-la em uma solução contendo sais de metal. Essas moléculas então se aglomeram no polímero auto-montado, convertendo-o em uma malha metálica. Uma ampla gama de metais reativos ou condutores pode ser usada, incluindo platina, ouro, e paládio.

p Eles também usaram uma técnica chamada deposição de vapor, onde um material vaporizado se infiltra nos nanocilindros de polímero e os transforma em nanofios funcionais.

p Estrutura camada por camada

p O primeiro nano-wire array completo atua como a base de toda a rede. Camadas adicionais, cada um seguindo variações do mesmo processo, são então empilhados para produzir customizados, configurações cruzadas - como cercas de arame 10, 000 vezes mais fino que um cabelo humano.

p "A direção do laser passando por cada camada desmontada determina a orientação das filas de nanofios, "Yager disse." Nós mudamos a direção do laser em cada camada, e a forma como as linhas se cruzam e se sobrepõem molda a grade. Em seguida, aplicamos os materiais funcionais após a formação de cada camada. É uma maneira excepcionalmente rápida e simples de produzir configurações precisas. "

p O co-autor do estudo Atikur Rahman, um pesquisador de pós-doutorado CFN, adicionado, "Podemos empilhar metais em isoladores, também, incorporar diferentes propriedades funcionais e interações dentro de uma estrutura de rede.

p "O tamanho e a composição da malha fazem uma grande diferença, "Rahman continuou." Por exemplo, uma única camada de nanofios de platina conduz eletricidade em apenas uma direção, mas uma malha de duas camadas conduz uniformemente em todas as direções. "

p LZA é preciso e poderoso o suficiente para superar as interações da interface, permitindo que ele conduza a automontagem do polímero, mesmo no topo de camadas subjacentes complexas. This versatility enables the use of a wide variety of materials in different nanoscale configurations.

p "We can generate nearly any two-dimensional lattice shape, and thus have a lot of freedom in fabricating multi-component nanostructures, " Yager said. "It's hard to anticipate all the technologies this rapid and versatile technique will allow."