p Esta semana, um grupo internacional de cientistas está relatando um avanço no esforço para caracterizar as propriedades do grafeno de forma não invasiva, enquanto adquire informações sobre sua resposta à deformação estrutural. p Usando espectroscopia Raman e análise estatística, o grupo conseguiu fazer medições em nanoescala da deformação presente em cada pixel na superfície do material. Os pesquisadores também obtiveram uma visão de alta resolução das propriedades químicas da superfície do grafeno.

p Os resultados, disse Slava V. Rotkin, professor de física e também de ciência dos materiais e engenharia na Lehigh University, poderia potencialmente permitir que os cientistas monitorassem os níveis de tensão com rapidez e precisão enquanto o grafeno está sendo fabricado. Isso, por sua vez, pode ajudar a prevenir a formação de defeitos causados ​​pela tensão.

p "Os cientistas já sabiam que a espectroscopia Raman poderia obter informações úteis implicitamente sobre a cepa no grafeno, "diz Rotkin." Mostramos explicitamente que você pode mapear a cepa e reunir informações sobre seus efeitos.

p "Além disso, usando análise estatística, mostramos que é possível aprender mais sobre a distribuição de tensão dentro de cada pixel, a rapidez com que os níveis de deformação estão mudando e o efeito dessa mudança nas propriedades eletrônicas e elásticas do grafeno. "

p O grupo relatou seus resultados em Nature Communications em um artigo intitulado "Espectroscopia Raman como sonda de variações de deformação em escala nanométrica no grafeno."

p Além de Rotkin, o artigo foi escrito por pesquisadores da RWTH / Aachen University e do Jülich Research Center na Alemanha; a Université Paris na França; Universidade Federal Fluminense no Brasil; e o Instituto Nacional de Ciência de Materiais do Japão.

p O grafeno é o material mais fino conhecido pela ciência, e um dos mais fortes também. Uma folha de carbono com 1 átomo de espessura, o grafeno foi o primeiro material bidimensional já descoberto. Por peso, é 150 a 200 vezes mais forte que o aço. Também é flexível, denso, virtualmente transparente e um excelente condutor de calor e eletricidade.

p Em 2010, Andre Geim e Konstantin Novoselov ganharam o Prêmio Nobel de Física por seus experimentos inovadores com grafeno. Usando fita adesiva comum, os dois físicos britânicos conseguiram descascar camadas de grafeno da grafite - tarefa nada fácil, considerando que 1 milímetro de grafite consiste em 3 milhões de camadas de grafeno.

p Cerca de uma década desde que Geim e Novoselov começaram a publicar os resultados de suas pesquisas sobre o grafeno, o material encontrou seu caminho em várias aplicações, variando de raquetes de tênis a telas sensíveis ao toque de smartphones. O mercado de grafeno de 2013 nos EUA, de acordo com um artigo de 2014 na Nature, foi estimado em $ 12 milhões.

p Vários obstáculos estão impedindo a comercialização de grafeno. Um deles é a presença de defeitos que impõem tensão na estrutura da rede do grafeno e afetam adversamente suas propriedades eletrônicas e ópticas. Relacionado a isso está a dificuldade de produzir grafeno de alta qualidade a baixo custo e em grandes quantidades.

p "O grafeno é estável e flexível e pode se expandir sem quebrar, "diz Rotkin, que passou o outono de 2013 trabalhando na RWTH / University of Aachen. "Mas tem rugas, ou bolhas, em sua superfície, que conferem à superfície uma aparência acidentada e interferem nas aplicações potenciais. "

p Uma camada de grafeno é normalmente feita em um substrato de dióxido de silício por um processo chamado deposição química de vapor. O material pode ser tensionado por contaminação que ocorre durante o processo ou porque o grafeno e o substrato têm coeficientes de expansão térmica diferentes e, portanto, resfriam e encolhem em taxas diferentes.

p Para determinar as propriedades do grafeno, o grupo usou espectroscopia Raman, uma técnica poderosa que coleta a luz espalhada pela superfície de um material. O grupo também aplicou um campo magnético para obter informações adicionais sobre o grafeno. O campo magnético controla o comportamento dos elétrons no grafeno, tornando possível ver mais claramente os efeitos da espectroscopia Raman, Rotkin diz.

p "O sinal Raman representa a 'impressão digital' das propriedades do grafeno, "disse Rotkin." Estamos tentando entender a influência do campo magnético no sinal de Raman. Variamos o campo magnético e notamos que cada linha Raman no grafeno mudou em resposta a essas variações. "

p A resolução espacial típica do "mapa Raman" do grafeno é de cerca de 500 nanômetros (nm), ou a largura do ponto de laser, o grupo relatou em Nature Communications . Esta resolução permite medir variações de deformação na escala micrométrica e determinar a quantidade média de deformação imposta ao grafeno.

p Ao realizar uma análise estatística do sinal Raman, Contudo, o grupo relatou que foi capaz de medir a deformação em cada pixel e mapear a deformação, e as variações na tensão, um pixel de cada vez.

p Assim, o grupo relatou, foi capaz de "distinguir entre variações de tensão em uma escala de micrômetro, que podem ser extraídos de mapas Raman espacialmente resolvidos, e variações de tensão em escala nanométrica, que estão em escalas de comprimento de sub-ponto e não podem ser observados diretamente por imagens Raman, mas são considerados fontes importantes de dispersão para o transporte eletrônico. "

p O grupo produziu suas amostras de grafeno usando deposição química de vapor (CVD) na RWTH / Universidade de Aachen.