p Grafeno, o material ultrafino maravilhoso com apenas um único átomo de carbono de espessura, mantém a promessa de aplicações impressionantes como resistentes ao desgaste, revestimentos sem fricção. Mas os primeiros fabricantes precisam ser capazes de produzir grandes folhas de grafeno sob condições precisamente controladas. Dirk van Baarle estudou como o grafeno cresce em escala atômica e o que determina o atrito com outros materiais. p Qualidade previsível

p Quase perfeitamente livre de fricção, o revestimento resistente ao desgaste em máquinas pode gerar uma enorme economia de combustível e manutenção. No mundo da nanotecnologia, esses revestimentos provavelmente terão aplicações que atualmente não podemos prever. Em sua pesquisa de doutorado, Dirk van Baarle estudou um candidato para esses revestimentos:o grafeno. Van Baarle:"É um grande desafio produzir grafeno de qualidade previsível."

p O grafeno só é super forte se a malha de arame de átomos de carbono que compõe o material tiver uma forma perfeitamente regular. Mas com os métodos de produção atuais, uma folha de grafeno é, na prática, quase sempre composta por uma colcha de retalhos de pequenos pedaços que foram enxertados uns nos outros. Van Baarle foi capaz de observar quase por átomo de carbono ao vivo como as ilhas de grafeno crescem umas em direção às outras e como esse processo é influenciado pela temperatura e pelo substrato. Este é o primeiro passo para um método de produção para fazer maiores, folhas perfeitas de grafeno.

p Padrão de arame de galinha

p O grafeno ocorre espontaneamente quando uma superfície muito limpa de irídio entra em contato com o etileno (C2H4, um hidrocarboneto) a uma temperatura de cerca de 700 graus Celsius. As moléculas de gás se desintegram na superfície quente, deixando para trás os átomos de carbono, que espontaneamente formam uma rede de hexágonos ligados, em um padrão de tela de galinheiro.

p Para sua pesquisa, Van Baarle usou um equipamento exclusivo no Laboratório Huygens-Kamerlingh Onnes, o VT-STM (Microscópio de Tunelamento de Varredura de Temperatura Variável). Este aparelho compreende um estilete minúsculo com uma ponta que tem apenas alguns átomos de espessura. Ele pode ser usado para escanear sistematicamente uma superfície com um alto grau de precisão (o que você está de fato fazendo é medir o fluxo de eletricidade entre o estilete e a superfície) que até átomos individuais podem ser distinguidos. O que torna o instrumento Leiden único é que ele pode fazer isso mesmo em temperaturas altas e variáveis.

p Uma descoberta notável é que os processos atômicos ocorrem não apenas na camada crescente de grafeno. Na prática, a superfície do irídio não combina perfeitamente com as camadas atômicas do substrato. O irídio forma largos degraus na superfície, onde o grafeno cresce sobre ele. Mas essas etapas podem continuar a crescer sob o grafeno ou podem se retrair como resultado do realinhamento dos átomos de irídio no substrato. Este processo, também, tem de ser controlado de perto para permitir a formação de folhas perfeitas de grafeno.

p Pontos de contato

p Na parte teórica de sua pesquisa, Van Baarle desenvolveu um modelo de como ocorre o atrito em nível atômico. Quando duas superfícies deslizam uma sobre a outra, os pontos de contato reais têm apenas nanômetros de tamanho, apenas alguns átomos. O atrito está no máximo quando a rigidez das nano-protuberâncias é aproximadamente média:não muito mole, mas também não muito rígido.

p Van Baarle:"Um dos meus colegas está atualmente revestindo um objeto com nanoagulhas usando uma técnica de litografia (uma técnica que também é usada para chips de computador). Essas agulhas variam em rigidez, dependendo da direção em que se dobram. Isso significa que o atrito da superfície é diferente em diferentes direções. "Isso pode ser útil, por exemplo, para um revestimento em um eixo giratório, para evitar que ele se mova lateralmente.

p "Internamente, já estamos usando revestimentos de grafeno em nossos equipamentos para reduzir o atrito sem o uso de lubrificantes, "Van Baarle explica." Já resultou em uma patente e um start-up, Nanocamadas aplicadas. Não admira que nosso professor, Joost Frenken, já ganhou um prêmio de valorização. "