p Um processo simples de filtração ajudou os pesquisadores da Rice University a criar sistemas flexíveis, filmes em escala de wafer de nanotubos de carbono altamente alinhados e compactados. p Cientistas da Rice, com o apoio do Laboratório Nacional de Los Alamos, fizeram filmes de uma polegada de largura densamente compactados, nanotubos de carbono de parede única enriquecidos com quiralidade por meio de um processo revelado hoje em Nature Nanotechnology .

p Na solução certa de nanotubos e nas condições certas, os tubos se montam aos milhões em longas filas que estão alinhadas melhor do que se pensava ser possível, os pesquisadores relataram.

p Os filmes finos oferecem possibilidades para fazer dispositivos eletrônicos e fotônicos flexíveis (manipuladores de luz), disse o físico do arroz Junichiro Kono, cujo laboratório conduziu o estudo. Pense em um chip de computador dobrável, em vez de um quebradiço de silício, e o potencial se torna claro, ele disse.

p "Uma vez que temos cristais centimétricos consistindo de nanotubos de quiralidade única, é isso, "Kono disse." Esse é o Santo Graal para este campo. Nos últimos 20 anos, as pessoas estão procurando por isso. "

p O laboratório Rice está fechando, ele disse, mas os filmes relatados no artigo atual são "enriquecidos com quiralidade", em vez de quiralidade única. Um nanotubo de carbono é um cilindro de grafeno, com seus átomos dispostos em hexágonos. Como os hexágonos são girados define a quiralidade do tubo, e isso determina suas propriedades eletrônicas. Alguns são semicondutores como o silício, e outros são condutores metálicos.

p Um filme perfeitamente alinhado, nanotubos de quiralidade única teriam propriedades eletrônicas específicas. Controlar a quiralidade permitiria filmes sintonizáveis, Kono disse, mas os nanotubos crescem em lotes de tipos aleatórios.

p Por enquanto, os pesquisadores do Rice usam um processo simples desenvolvido no Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia para separar os nanotubos por quiralidade. Embora não seja perfeito, foi bom o suficiente para permitir que os pesquisadores fizessem filmes enriquecidos com nanotubos de diferentes tipos e diâmetros e depois fizessem polarizadores terahertz e transistores eletrônicos.

p O laboratório Rice descobriu a técnica de filtração no final de 2013, quando estudantes de graduação e autores principais Xiaowei He e Weilu Gao inadvertidamente adicionaram um pouco de água em excesso a uma suspensão surfactante de nanotubo antes de alimentá-la por um filtro auxiliado por vácuo. (Os surfactantes impedem que os nanotubos em uma solução se aglutinem.)

p O filme que se formou no filtro de papel mereceu uma investigação mais aprofundada. "Weilu verificou o filme com um microscópio eletrônico de varredura e viu algo estranho, "Ele disse. Em vez de cair aleatoriamente no papel como palitos, os nanotubos - milhões deles - se juntaram, linhas alinhadas.

p "Essa primeira foto nos deu uma pista de que podemos ter algo totalmente diferente, "Ele disse. Um ano e mais de 100 filmes depois, os alunos e seus colegas refinaram sua técnica para fazer bolachas de nanotubos de até uma polegada de largura (limitado apenas pelo tamanho de seu equipamento) e de qualquer espessura, de alguns a centenas de nanômetros.

p Outras experiências revelaram que cada elemento importava:o tipo de papel de filtro, a pressão de vácuo e a concentração de nanotubos e surfactante. Nanotubos de qualquer quiralidade e diâmetro funcionaram, mas cada ajuste necessário para os outros elementos para otimizar o alinhamento.

p Os filmes podem ser separados do papel e lavados e secos para uso, disseram os pesquisadores.

p Eles suspeitam que nanotubos de carbono com paredes múltiplas e nanotubos de não carbono, como o nitreto de boro, também funcionariam.

p Co-autor Wade Adams, um membro sênior do corpo docente da Rice que se especializou em ciência de polímeros, disse que a descoberta é um passo adiante em uma longa busca por estruturas alinhadas.

p "Eles formaram o que é chamado de monodomínio na tecnologia de cristal líquido, em que todas as moléculas rígidas se alinham na mesma direção, "Disse Adams." É surpreendente. (O saudoso prêmio Nobel de Arroz) Rick Smalley e eu trabalhamos arduamente durante anos para fazer um único cristal de nanotubos, mas esses alunos realmente fizeram isso de uma maneira que nenhum de nós jamais imaginou. "

p Por que os nanotubos se alinham? Kono disse que a equipe ainda está investigando a mecânica da nucleação, ou seja, como os primeiros nanotubos do papel se juntam. "Achamos que os nanotubos caem aleatoriamente no início, mas eles ainda podem deslizar no papel, "disse ele." A força de Van der Waals os reúne, e eles buscam naturalmente seu estado de energia mais baixa, que está alinhado. "Como os nanotubos variam em comprimento, os pesquisadores suspeitam que as saliências forçam outros tubos a se alinharem à medida que se juntam à matriz.

p Os pesquisadores descobriram que seus filmes concluídos podem ser padronizados com técnicas de litografia padrão. Essa é outra vantagem para os fabricantes, disse Kono, que começou a ouvir rumores sobre a descoberta meses antes do lançamento do jornal.

p "Eu dei uma palestra convidada sobre nosso trabalho em uma conferência de nanotubos de carbono, e muitas pessoas já estão tentando reproduzir nossos resultados, "disse ele." Recebi uma resposta muito entusiasmada logo após a minha palestra. Todo mundo pediu a receita. "