À medida que os dispositivos eletrônicos continuam diminuindo para atender à demanda por tecnologia vestível e de bolso, os cientistas estão trabalhando para desenvolver os componentes minúsculos que os fazem funcionar e uma equipe da Universidade de Nottingham desenvolveu uma nova abordagem para a preparação de um cabo coaxial por volta de 50, 000 vezes mais estreito do que a largura de um cabelo humano.

Esse fio minúsculo - composto por um nanotubo de carbono localizado dentro de um nanotubo de nitreto de boro - pode ser produzido em escala preparativa e pode representar um passo importante para a miniaturização de dispositivos eletrônicos.

A equipe multinacional de especialistas do Reino Unido e Hungria, foi liderado conjuntamente por Andrei Khlobystov, um Professor de Nanomateriais e Diretor do Centro de Pesquisa em Nanoescala e Microescala da Universidade de Nottingham (nmRC), e Graham Rance, um pesquisador em caracterização de nanomateriais no nmRC, que possuem conhecimentos complementares na síntese e caracterização de nanomateriais de carbono. O estudo intitulado 'Crescimento de nanotubos de carbono dentro de nanotubos de nitreto de boro por coalescência de fulerenos:em direção ao menor cabo coaxial do mundo' foi publicado em Métodos Pequenos , um novo periódico focado em desenvolvimentos de ponta em abordagens experimentais para a produção de materiais em nano e microescala.

Os cabos coaxiais - essenciais para o transporte seguro da corrente elétrica que alimenta os dispositivos modernos - são normalmente compostos de um condutor interno (geralmente cobre) envolto por uma capa de plástico isolante. Contudo, conforme a demanda do consumidor por dispositivos eletrônicos menores aumenta, o limite para o qual esses materiais atuais podem ser usados ​​está sendo rapidamente alcançado. Cobre, por exemplo, é conhecido por perder sua alta condutividade quando reduzido a tamanhos muito pequenos e, portanto, novos materiais estão se tornando cada vez mais importantes.

Fios em miniatura

Nanotubos de carbono são fortes, leve e, mais importante, fios em miniatura altamente condutores de eletricidade, tipicamente 1-5 nanômetros de diâmetro, mas com até centímetros de comprimento, e são ideais para o núcleo de um cabo isolado em nanoescala. Nanotubos de nitreto de boro, embora estruturalmente semelhante aos nanotubos de carbono, em comparação, são eletricamente isolantes, perfeito para circundar o núcleo condutor. O desafio era organizar esses dois materiais em nanoescala um dentro do outro na geometria coaxial necessária. Esta pesquisa mostrou que, ao colocar pequenas, em forma de futebol, moléculas ricas em carbono (C60-fulerenos) dentro dos nanotubos de nitreto de boro e aquecimento dos materiais resultantes a temperaturas muito altas (acima de 1000 oC), os fulerenos se transformam espontaneamente em nanotubos de carbono, levando à formação de um nanotubo de carbono eletricamente condutor dentro de um nanotubo de nitreto de boro eletricamente isolante - o menor cabo coaxial do mundo.

O professor Khlobystov disse:"Atualmente, a maioria das tecnologias modernas depende fortemente do uso de metais, alguns dos quais estão se tornando cada vez mais raros e caros. Portanto, há uma necessidade de trabalhar para substituir os metais por elementos mais abundantes e sustentáveis, como carbono e outros elementos leves. Nosso estudo demonstra o princípio de como cabos em nanoescala com núcleos condutores e cascas isolantes podem ser fabricados a partir de ingredientes simples. O próximo desafio é testar suas propriedades elétricas e mecânicas para determinar o escopo desses materiais para aplicações tecnológicas. ”

Aplicações abrangentes

O Dr. Rance disse:"Nossa abordagem para a preparação de um cabo coaxial miniaturizado explora ainda mais a capacidade dos túbulos ocos em nanoescala de controlar a formação de novas e interessantes nanoestruturas dentro da cavidade interna, alguns que não podem ser preparados de outra maneira. Em um nível fundamental, esta pesquisa está nos ajudando a entender o comportamento das moléculas quando confinadas em espaços muito pequenos; Contudo, em um nível mais prático, prevemos que esta estratégia levará à produção de novos materiais, com aplicações potencialmente abrangentes, da eletrônica em nanoescala, a materiais catalíticos e em dispositivos de detecção. "

A pesquisa foi realizada por especialistas em química sintética e analítica, ciência dos materiais e microscopia eletrônica e constrói o conceito de nano tubos de ensaio de carbono desenvolvido pelo Prof. Khlobystov (os menores tubos de ensaio do mundo, Livro Guinness dos Recordes Mundiais de 2005), onde o nanotubo atua simultaneamente como um recipiente para moléculas e um vaso de reação para transformações químicas. Seu trabalho pioneiro em nano-contêineres e nano-reatores de carbono continua a levar a novas maneiras de direcionar a montagem molecular e estudar reações químicas.

Professor Katalin Kamaras, Professor pesquisador e especialista em espectroscopia vibracional colaborou na pesquisa, com sua equipe trabalhando no Wigner Research Center for Physics da Hungarian Academy of Sciences em Budapeste. Professor Kamaras disse:"Meu grupo de pesquisa tem trabalhado na espectroscopia de nanoestruturas de carbono por um longo tempo. A espectroscopia fornece conhecimento sobre a dinâmica interna das moléculas encapsuladas e pode acompanhar suas transformações com base em suas propriedades físicas. Através de nossa colaboração com o Prof. Khlobystov, tornou-se possível "ver" as estruturas sobre as quais tínhamos apenas informações indiretas. Essa pesquisa conjunta tem o potencial de abrir novas possibilidades tanto na ciência dos materiais fundamental quanto na aplicada. "

A pesquisa do Reino Unido foi realizada no estado da arte Nanoscale and Microscale Research Center (nmRC). A visão do centro é se tornar uma instalação líder mundial para a caracterização e análise de materiais moleculares em nano e microescala. Com um conjunto exclusivo de 20 instrumentos principais, o centro é formado por especialistas com médicos, formação científica e de engenharia. Eles estão atualmente trabalhando em uma ampla gama de pesquisas de células cancerosas e implantes médicos impressos em 3-D a semicondutores e células solares.