Após seis anos de árduo esforço, um grupo de cientistas de materiais da Universidade de Wisconsin-Madison acredita que as minúsculas folhas de óxido de zinco semicondutor que estão cultivando podem ter enormes implicações para o futuro de uma série de dispositivos eletrônicos e biomédicos.

O grupo - liderado por Xudong Wang, um professor de ciência e engenharia de materiais da UW-Madison, e o pesquisador de pós-doutorado Fei Wang - desenvolveu uma técnica para criar folhas quase bidimensionais de compostos que não formam naturalmente esses materiais finos. É a primeira vez que tal técnica tem sucesso.

Os pesquisadores descreveram suas descobertas na revista Nature Communications em 20 de janeiro.

Essencialmente, o equivalente microscópico de uma única folha de papel, uma nanofolha 2-D é um material com apenas alguns átomos de espessura. Nanomateriais têm propriedades eletrônicas e químicas exclusivas em comparação com materiais compostos de forma idêntica em maiores, escalas convencionais.

"O que é bom com um nanomaterial 2-D é que, por ser uma folha, é muito mais fácil para nós manipular em comparação com outros tipos de nanomateriais, "diz Xudong Wang.

Até agora, os cientistas de materiais estavam limitados a trabalhar com nanofolhas 2-D de ocorrência natural. Essas estruturas 2-D naturais incluem grafeno, uma única camada de grafite, e um número limitado de outros compostos.

O desenvolvimento de um método confiável para sintetizar e fabricar nanofolhas 2-D a partir de outros materiais tem sido uma meta dos pesquisadores de materiais e da indústria de nanotecnologia há anos.

Em sua técnica, a equipe da UW-Madison aplicou um surfactante especialmente formulado - uma substância semelhante a um detergente - na superfície de um líquido contendo íons de zinco.

Devido às suas propriedades químicas, o surfactante se monta em uma única camada na superfície do líquido, com íons de sulfato carregados negativamente apontados na direção do líquido. Esses íons de sulfato atraem os íons de zinco carregados positivamente de dentro do líquido para a superfície, e dentro de algumas horas íons de zinco suficientes são desenhados para formar nanofolhas contínuas de óxido de zinco com apenas algumas camadas atômicas de espessura.

Xudong Wang teve a ideia de usar um surfactante para fazer crescer nanofolhas durante uma palestra que ministrou em um curso de nanotecnologia em 2009.

“O curso inclui uma palestra sobre automontagem de monocamadas, "diz ele." Nas condições corretas, um surfactante se auto-montará para formar uma monocamada. Este é um processo bem conhecido que ensino em sala de aula. Então, ao ensinar isso, Eu me perguntei por que não seríamos capazes de reverter esse método e usar a monocamada de surfactante primeiro para fazer crescer a face cristalina. "

Após cinco anos de tentativa e erro com diferentes soluções de surfactante, a ideia valeu a pena.

"Estamos muito entusiasmados com isso, "diz Xudong Wang." Esta é definitivamente uma nova maneira de fabricar nanofolhas 2-D, e tem grande potencial para diferentes materiais e para muitas aplicações diferentes. "

Já, os pesquisadores descobriram que as nanofolhas de óxido de zinco 2-D que eles desenvolveram são capazes de funcionar como transistores semicondutores chamados de tipo p, o comportamento eletrônico oposto do óxido de zinco que ocorre naturalmente. Há algum tempo, os pesquisadores tentam produzir óxido de zinco com propriedades de semicondutor do tipo p confiáveis.

O óxido de zinco é um componente muito útil de materiais eletrônicos, e as novas nanofolhas têm potencial para uso em sensores, transdutores e dispositivos ópticos.

Mas as nanofolhas de óxido de zinco são apenas as primeiras do que pode ser uma revolução nos nanomateriais 2-D. Já, a equipe da UW-Madison está aplicando seu método surfactante ao cultivo de nanofolhas 2-D de ouro e paládio, e a técnica é promissora para o crescimento de nanofolhas de todos os tipos de metais que não as formariam naturalmente.

"Isso traz muitos novos materiais funcionais para esta categoria de materiais 2-D, "Wang diz.