p Jeffrey Grossman acha que temos olhado para o carvão de maneira totalmente errada. Em vez de apenas colocá-lo em chamas, ignorando assim a complexidade molecular deste material altamente variado, ele diz, devemos aproveitar o valor real dessa diversidade e química complexa. O carvão pode se tornar a base para os painéis solares, baterias, ou dispositivos eletrônicos, ele e sua equipe de pesquisa dizem. p Como uma primeira demonstração do que eles veem como uma ampla gama de usos potenciais de alta tecnologia para este material tradicionalmente de baixa tecnologia, Homem nojento, estudante de doutorado Brent Keller, e o cientista pesquisador Nicola Ferralis conseguiram fazer um dispositivo de aquecimento elétrico simples que poderia ser usado para descongelar janelas de carros ou asas de aviões, ou como parte de um implante biomédico. Ao desenvolver este aplicativo inicial, eles também caracterizaram pela primeira vez em detalhes o produto químico, elétrico, e propriedades ópticas de filmes finos de quatro tipos diferentes de carvão:antracite, lignite, e dois tipos betuminosos. Suas descobertas acabam de ser publicadas no jornal Nano Letras .

p "Quando você olha para o carvão como material, e não apenas como algo para queimar, a química é extremamente rica, "diz Grossman, Morton e Claire Goulder e Professor da Família em Sistemas Ambientais no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais (DMSE). A pergunta que ele queria fazer é, "Poderíamos aproveitar a riqueza da química em coisas como carvão para fazer dispositivos que tenham funcionalidade útil?" A resposta, ele diz, é um sonoro sim.

p Acontece que, por exemplo, que as variedades de carvão que ocorrem naturalmente, sem a purificação ou refinamento que é necessário para fazer dispositivos eletrônicos de silício, têm uma gama de condutividades elétricas que se estende por sete ordens de magnitude (dez milhões de vezes). Isso significa que uma determinada variedade de carvão pode fornecer inerentemente as propriedades elétricas necessárias para um determinado componente.

p Projetando um processo

p Parte do desafio foi descobrir como processar o material, Grossman diz. Por isso, Keller desenvolveu uma série de etapas para transformar o material em pó, coloque-o em solução, em seguida, depositar em filmes finos uniformes em um substrato - uma etapa necessária na fabricação de muitos dispositivos eletrônicos, de transistores a fotovoltaicos.

p Embora o carvão seja uma das substâncias mais utilizadas pelos seres humanos durante séculos, suas propriedades eletrônicas e ópticas em massa nunca foram realmente estudadas para fins de dispositivos avançados.

p “O material nunca foi abordado desta forma antes, "diz Keller, que realizou grande parte do trabalho como parte de sua tese de doutorado em DMSE, "para descobrir quais são as propriedades, quais recursos exclusivos podem existir. "Para fazer isso, ele desenvolveu um método para fazer filmes finos, que poderia então ser testado em detalhes e usado para a fabricação do dispositivo.

p Mesmo este novo, a caracterização detalhada que realizaram é apenas a ponta de um grande iceberg, a equipe diz. As quatro variedades selecionadas são apenas algumas das centenas que existem, todos com prováveis ​​diferenças significativas. E preparar e testar as amostras foi, desde o princípio, um processo incomum para cientistas de materiais. "Normalmente queremos fazer materiais do zero, combinando cuidadosamente materiais puros em proporções precisas, "diz Ferralis, também em DMSE. Nesse caso, no entanto, o processo envolve "selecionar entre esta enorme biblioteca de materiais, "todos com suas próprias variações.

p Usando a complexidade da natureza

p Embora o carvão e outros combustíveis fósseis tenham sido usados ​​há muito tempo como matéria-prima para a indústria química, fazendo de tudo, desde plásticos a tintas e solventes, tradicionalmente, o material tem sido tratado como outros tipos de minério bruto:algo a ser refinado em seus constituintes básicos, átomos, ou moléculas simples, que são então recombinados para fazer o material desejado. Usando os produtos químicos que a natureza forneceu, assim como eles são, é uma nova abordagem incomum. E os pesquisadores descobriram que, simplesmente ajustando a temperatura na qual o carvão é processado, eles podiam ajustar muitas das propriedades ópticas e elétricas do material exatamente aos valores desejados.

p O dispositivo de aquecimento simples que a equipe fez como prova de princípio fornece uma demonstração completa de como usar o material, de moer o carvão, para depositá-lo como uma película fina e torná-lo um dispositivo eletrônico funcional. Agora, eles dizem, as portas estão abertas para uma ampla variedade de aplicações potenciais por meio de pesquisas adicionais.

p A grande vantagem potencial do novo material, Grossman diz, é o seu baixo custo decorrente do material de base inerentemente barato, combinado com processamento de solução simples que permite baixos custos de fabricação. Grande parte das despesas associadas ao silício ou grafeno com grau de chip, por exemplo, está na purificação dos materiais. Sílica, a matéria-prima para chips de silício, é barato e abundante, mas a forma altamente refinada necessária para a eletrônica (normalmente 99,999% pura ou mais) não é. O uso de carvão em pó pode fornecer uma vantagem significativa para muitos tipos de aplicações, graças à sintonia de suas propriedades, sua alta condutividade, e sua robustez e estabilidade térmica. 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.