p Uma variedade de materiais bidimensionais que têm propriedades promissoras para óptica, eletrônico, ou aplicações optoeletrônicas foram impedidas pelo fato de que se degradam rapidamente quando expostas ao oxigênio e ao vapor de água. Os revestimentos protetores desenvolvidos até agora provaram ser caros e tóxicos, e não pode ser retirado. p Agora, uma equipe de pesquisadores do MIT e de outros lugares desenvolveu um revestimento ultrafino que é barato, simples de aplicar, e pode ser removido aplicando certos ácidos.

p O novo revestimento pode abrir uma ampla variedade de aplicações potenciais para esses materiais 2-D "fascinantes", dizem os pesquisadores. Suas descobertas são relatadas esta semana no jornal PNAS , em um artigo do estudante de graduação do MIT, Cong Su; professores Ju Li, Jing Kong, Mircea Dinca, e Juejun Hu; e 13 outros no MIT e na Austrália, China, Dinamarca, Japão, e o Reino Unido

p Pesquisa em materiais 2-D, que formam folhas finas com apenas um ou alguns átomos de espessura, é "um campo muito ativo, "Li diz. Por causa de suas propriedades eletrônicas e ópticas incomuns, esses materiais têm aplicações promissoras, como detectores de luz altamente sensíveis. Mas muitos deles, incluindo fósforo preto e toda uma categoria de materiais conhecidos como dichalcogenetos de metais de transição (TMDs), corroer quando exposto ao ar úmido ou a vários produtos químicos. Muitos deles degradam significativamente em apenas algumas horas, impossibilitando sua utilidade para aplicações do mundo real.

p "É uma questão fundamental" para o desenvolvimento de tais materiais, Li diz. "Se você não pode estabilizá-los no ar, sua processabilidade e utilidade são limitadas. "Uma razão pela qual o silício se tornou um material tão onipresente para dispositivos eletrônicos, ele diz, é porque forma naturalmente uma camada protetora de dióxido de silício em sua superfície quando exposto ao ar, prevenir maior degradação da superfície. Mas isso é mais difícil com esses materiais atomicamente finos, cuja espessura total pode ser ainda menor do que a camada protetora de dióxido de silício.

p Houve tentativas de revestir vários materiais 2-D com uma barreira protetora, mas até agora eles tiveram limitações sérias. A maioria dos revestimentos é muito mais espessa do que os próprios materiais 2-D. A maioria também é muito frágil, formando facilmente rachaduras que deixam passar o líquido ou vapor corrosivo, e muitos também são bastante tóxicos, criando problemas com manuseio e descarte.

p O novo revestimento, com base em uma família de compostos conhecidos como alquilaminas lineares, melhora essas desvantagens, dizem os pesquisadores. O material pode ser aplicado em camadas ultrafinas, tão pouco quanto 1 nanômetro (um bilionésimo de metro) de espessura, e o aquecimento adicional do material após a aplicação cura pequenas rachaduras para formar uma barreira contígua. O revestimento não é apenas impermeável a uma variedade de líquidos e solventes, mas também bloqueia significativamente a penetração de oxigênio. E, pode ser removido posteriormente, se necessário por certos ácidos orgânicos.

p "Esta é uma abordagem única" para proteger folhas atômicas finas, Li diz, que produz uma camada extra de apenas uma única molécula de espessura, conhecido como monocamada, que fornece proteção extremamente durável. "Isso dá ao material um fator de vida útil 100 maior, " ele diz, estendendo a processabilidade e usabilidade de alguns desses materiais de algumas horas até meses. E o composto de revestimento é "muito barato e fácil de aplicar, " ele adiciona.

p Além da modelagem teórica do comportamento molecular desses revestimentos, a equipe fez um fotodetector funcional a partir de flocos de material TMD protegidos com o novo revestimento, como uma prova de conceito. O material de revestimento é hidrofóbico, o que significa que repele fortemente a água, que de outra forma se difundiria no revestimento e dissolveria uma camada de óxido protetora formada naturalmente dentro do revestimento, levando à rápida corrosão.

p A aplicação do revestimento é um processo muito simples, Su explica. O material 2-D é simplesmente colocado em um banho de hexilamina líquida, uma forma da alquilamina linear, que forma a camada protetora após cerca de 20 minutos, a uma temperatura de 130 graus Celsius à pressão normal. Então, para produzir um bom superfície livre de rachaduras, o material é imerso por mais 20 minutos no vapor da mesma hexilamina.

p "Você acabou de colocar o wafer neste produto químico líquido e deixá-lo ser aquecido, "Su diz." Basicamente, é isso. "O revestimento" é bastante estável, mas pode ser removido por certos ácidos orgânicos muito específicos. "

p O uso de tais revestimentos pode abrir novas áreas de pesquisa em materiais 2-D promissores, incluindo os TMDs e o fósforo preto, mas potencialmente também siliceno, stanine, e outros materiais relacionados. Uma vez que o fósforo preto é o mais vulnerável e facilmente degradável de todos esses materiais, foi isso que a equipe usou para sua prova de conceito inicial.

p O novo revestimento pode fornecer uma maneira de superar "o primeiro obstáculo para usar esses materiais 2-D fascinantes, "Su diz." Praticamente falando, você precisa lidar com a degradação durante o processamento antes de poder usá-los para quaisquer aplicativos, "e essa etapa já foi realizada, ele 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.