p Os filtros de água do futuro podem ser feitos de bilhões de minúsculos, nanoscrolls baseados em grafeno. Cada pergaminho, feito enrolando um único, camada de grafeno com a espessura de um átomo, poderia ser adaptado para capturar moléculas e poluentes específicos em suas dobras firmemente enroladas. Bilhões desses pergaminhos, empilhados camada por camada, pode produzir um peso leve, durável, e membrana de purificação de água altamente seletiva. p Mas há um problema:o grafeno não sai barato. As propriedades mecânicas e químicas excepcionais do material são devido à sua regularidade, estrutura hexagonal, que se assemelha a tela de arame microscópica. Os cientistas se esforçam para manter o grafeno puro, forma imaculada, usando processos caros e demorados, e isso limita severamente os usos práticos do grafeno.

p Procurando uma alternativa, uma equipe do MIT e da Universidade de Harvard está procurando óxido de grafeno - o grafeno é muito mais barato, forma imperfeita. O óxido de grafeno é grafeno que também é coberto com grupos de oxigênio e hidrogênio. O material é essencialmente o que o grafeno se torna se for deixado ao ar livre. A equipe fabricou nanoscrolls feitos de flocos de óxido de grafeno e foi capaz de controlar as dimensões de cada nanoscroll, usando técnicas ultrassônicas de baixa e alta frequência. Os pergaminhos têm propriedades mecânicas semelhantes ao grafeno, e podem ser feitos por uma fração do custo, dizem os pesquisadores.

p "Se você realmente deseja fazer uma estrutura de engenharia, neste ponto, não é prático usar grafeno, "diz Itai Stein, um estudante de graduação no Departamento de Engenharia Mecânica do MIT. "O óxido de grafeno é duas a quatro ordens de magnitude mais barato, e com nossa técnica, podemos ajustar as dimensões dessas arquiteturas e abrir uma janela para a indústria. "

p Stein diz que os nanoscrolls de óxido de grafeno também podem ser usados ​​como sensores químicos ultraleves, veículos de entrega de drogas, e plataformas de armazenamento de hidrogênio, além de filtros de água. Stein e Carlo Amadei, um estudante de pós-graduação na Universidade de Harvard, publicaram seus resultados na revista Nanoscale.

p Fugindo do grafeno amassado

p O trabalho da equipe surgiu originalmente de uma aula do MIT, 2.675 (Micro / Nano Engenharia), ensinado por Rohit Karnik, professor associado de engenharia mecânica. Como parte do projeto final, Stein e Amadei se uniram para projetar nanoscrolls de óxido de grafeno. Amadei, como membro do laboratório do Professor Chad Vecitis na Universidade de Harvard, tem trabalhado com óxido de grafeno para aplicações de purificação de água, enquanto Stein fazia experiências com nanotubos de carbono e outras arquiteturas em nanoescala, como parte de um grupo liderado por Brian Wardle, professor de aeronáutica e astronáutica no MIT.

p "Nossa ideia inicial era fazer nanoscrolls para adsorção molecular, "Amadei diz." Comparado aos nanotubos de carbono, que são estruturas fechadas, nanoscrolls são espirais abertas, então você tem toda essa área de superfície disponível para manipular. "

p "E você pode ajustar a separação das camadas de uma nanorrola, e fazer todos os tipos de coisas legais com óxido de grafeno que você realmente não pode fazer com nanotubos e o próprio grafeno, "Stein acrescenta.

p Quando eles olharam para o que havia sido feito anteriormente neste campo, os alunos descobriram que os cientistas produziram com sucesso nanoscrolls de grafeno, embora com processos muito complicados para manter o material puro. Alguns grupos tentaram fazer o mesmo com óxido de grafeno, mas suas tentativas foram literalmente esvaziadas.

p "O que estava lá fora na literatura era mais como grafeno amassado, "Stein diz." Você não pode realmente ver a natureza cônica. Não está muito claro o que foi feito. "

p Bolhas em colapso

p Stein e Amadei primeiro usaram uma técnica comum chamada método Hummers para separar flocos de grafite em camadas individuais de óxido de grafeno. Eles então colocaram os flocos de óxido de grafeno em solução e estimularam os flocos a se enrolarem em rolos, usando duas abordagens semelhantes:um sonicador de ponta de baixa frequência, e um reator personalizado de alta frequência.

p O sonicador de ponta é uma sonda feita de material piezoelétrico que treme em um baixo, Freqüência de 20 kHz quando a tensão é aplicada. Quando colocado em uma solução, o sonicador de ponta produz ondas sonoras que agitam o ambiente, criando bolhas na solução.

p De forma similar, o reator do grupo contém um componente piezoelétrico que é conectado a um circuito. Conforme a tensão é aplicada, o reator treme - em um nível mais alto, Frequência de 390 kHz em comparação com o sonicador de ponta - criando bolhas na solução dentro do reator.

p Stein e Amadei aplicaram ambas as técnicas a soluções de flocos de óxido de grafeno e observaram efeitos semelhantes:as bolhas que foram criadas na solução eventualmente entraram em colapso, liberando energia que fazia com que os flocos se enrolassem espontaneamente em rolos. Os pesquisadores descobriram que podiam ajustar as dimensões dos rolos variando a duração do tratamento e a frequência das ondas ultrassônicas. Frequências mais altas e tratamentos mais curtos não levaram a danos significativos nos flocos de óxido de grafeno e produziram rolos maiores, enquanto as frequências baixas e tempos de tratamento mais longos tendem a separar os flocos e criar rolos menores.

p Embora os experimentos iniciais do grupo tenham transformado um número relativamente baixo de flocos - cerca de 10 por cento - em pergaminhos, Stein diz que ambas as técnicas podem ser otimizadas para produzir rendimentos mais elevados. Se eles puderem ser aumentados, ele diz que as técnicas podem ser compatíveis com os processos industriais existentes, particularmente para purificação de água.

p "Se você puder fazer isso em grande escala e for barato, você poderia fazer grandes amostras de filtros e jogá-los na água para remover todos os tipos de contaminantes, "Stein diz. 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.