Usando a energia do sol e o grafeno aplicado à superfície do carboneto de silício cúbico, pesquisadores da Linköping University, Suécia, estão trabalhando para desenvolver um método para converter água e dióxido de carbono em energia renovável do futuro. Eles agora deram um passo importante em direção a esse objetivo, relatando um método que torna possível produzir grafeno com várias camadas em um processo rigidamente controlado. Os pesquisadores também mostraram que o grafeno atua como um supercondutor em certas condições. Seus resultados foram publicados em revistas científicas Carbono e Nano Letras .

Carbono, oxigênio e hidrogênio são os três elementos obtidos pela separação das moléculas de dióxido de carbono e água. Os mesmos elementos são os blocos de construção de substâncias químicas usadas como combustível, como etanol e metano. A conversão de dióxido de carbono e água em combustível renovável pode fornecer uma alternativa aos combustíveis fósseis e contribuir para a redução das emissões de dióxido de carbono na atmosfera. Jianwu Sun, conferencista sênior na Linköping University, está tentando encontrar uma maneira de fazer exatamente isso.

Pesquisadores da Linköping University desenvolveram anteriormente um método líder mundial para produzir carboneto de silício cúbico, que consiste em silício e carbono. A forma cúbica tem a capacidade de capturar energia do sol e criar portadores de carga. Isto é, Contudo, não suficiente. Grafeno, um dos materiais mais finos já produzidos, desempenha um papel fundamental no projeto. O material compreende uma única camada de átomos de carbono ligados uns aos outros em uma rede hexagonal. O grafeno tem uma alta capacidade de conduzir uma corrente elétrica, uma propriedade que seria útil para a conversão de energia solar. Ele também tem várias propriedades exclusivas, e os possíveis usos do grafeno estão sendo amplamente estudados em todo o mundo.

Nos últimos anos, os pesquisadores tentaram melhorar o processo pelo qual o grafeno cresce em uma superfície para controlar as propriedades do grafeno. Seu progresso recente é descrito em um artigo na revista científica Carbono .

"É relativamente fácil cultivar uma camada de grafeno em carboneto de silício. Mas é um desafio maior cultivar grafeno uniforme de grandes áreas que consiste em várias camadas umas sobre as outras. Agora mostramos que é possível cultivar grafeno uniforme que consiste em até quatro camadas de maneira controlada, "diz Jianwu Sun, do Departamento de Física, Química e Biologia na Linköping University.

Uma das dificuldades apresentadas pelo grafeno multicamadas é que a superfície se torna irregular quando um número diferente de camadas cresce em locais diferentes. A borda quando uma camada termina tem a forma de um minúsculo, escada em nanoescala. Camadas planas são desejáveis, então essas etapas são um problema, particularmente quando as etapas se acumulam em um local, como uma escada mal construída na qual vários degraus foram unidos para formar um grande degrau. Os pesquisadores descobriram agora uma maneira de remover esses grandes, passos unidos, cultivando o grafeno a uma temperatura cuidadosamente controlada. Além disso, os pesquisadores mostraram que seu método permite controlar quantas camadas o grafeno conterá. Este é o primeiro passo em um projeto de pesquisa em andamento cujo objetivo é fazer combustível a partir da água e do dióxido de carbono.

Em um artigo intimamente relacionado na revista Nano Letras , os pesquisadores descrevem investigações sobre as propriedades eletrônicas do grafeno multicamadas cultivado em carboneto de silício cúbico.

"Descobrimos que o grafeno multicamadas tem propriedades elétricas extremamente promissoras que permitem que o material seja usado como um supercondutor, um material que conduz corrente elétrica com resistência elétrica zero. Esta propriedade especial surge apenas quando as camadas de grafeno são organizadas de uma maneira especial em relação umas às outras, "diz Jianwu Sun.

Cálculos teóricos previram que o grafeno multicamadas teria propriedades supercondutoras, desde que as camadas sejam dispostas de uma maneira particular. No novo estudo, os pesquisadores demonstram experimentalmente pela primeira vez que é esse o caso. Os ímãs supercondutores são ímãs extremamente poderosos usados ​​em câmeras de ressonância magnética médica e em aceleradores de partículas. Existem muitas áreas potenciais de aplicação para supercondutores, como linhas de fornecimento elétrico com perda zero de energia, e trens de alta velocidade que flutuam em um campo magnético. Seu uso é atualmente limitado pela incapacidade de produzir supercondutores que funcionem em temperatura ambiente. Os supercondutores atualmente disponíveis funcionam apenas em temperaturas extremamente baixas.