p Uma nova pesquisa feita por engenheiros da Universidade de Illinois combina experimentação em escala atômica com modelagem de computador para determinar quanta energia é necessária para dobrar o grafeno multicamadas - uma questão que tem escapado aos cientistas desde que o grafeno foi isolado pela primeira vez. Os resultados são relatados no jornal Materiais da Natureza . p O grafeno - uma única camada de átomos de carbono dispostos em uma rede - é o material mais forte do mundo e tão fino que é flexível, disseram os pesquisadores. É considerado um dos principais ingredientes das tecnologias futuras.

p A maior parte da pesquisa atual sobre grafeno visa o desenvolvimento de dispositivos eletrônicos em nanoescala. Ainda, pesquisadores dizem que muitas tecnologias - de eletrônicos extensíveis a pequenos robôs tão pequenos que não podem ser vistos a olho nu - requerem uma compreensão da mecânica do grafeno, particularmente como ele flexiona e dobra, para desbloquear seu potencial.

p "A rigidez à flexão de um material é uma de suas propriedades mecânicas mais fundamentais, "disse Edmund Han, estudante de graduação em ciência de materiais e engenharia e coautor do estudo. "Embora estejamos estudando o grafeno por duas décadas, ainda temos que resolver essa propriedade fundamental. A razão é que diferentes grupos de pesquisa surgiram com diferentes respostas que abrangem ordens de magnitude. "

p A equipe descobriu por que os esforços de pesquisa anteriores discordavam. "Eles estavam dobrando o material um pouco ou dobrando muito, "disse Jaehyung Yu, um estudante de graduação em ciências mecânicas e engenharia e co-autor do estudo. "Mas descobrimos que o grafeno se comporta de maneira diferente nessas duas situações. Quando você dobra um pouco o grafeno multicamadas, ele age mais como uma placa rígida ou um pedaço de madeira. Quando você dobra muito, ele atua como uma pilha de papéis onde as camadas atômicas podem deslizar umas sobre as outras. "

p "O que é empolgante neste trabalho é que ele mostra que, embora todos discordassem, eles estavam realmente corretos, "disse Arend van der Zande, professor de ciência mecânica e engenharia e coautor de estudos. "Cada grupo estava medindo algo diferente. O que descobrimos é um modelo para explicar todas as divergências, mostrando como todos eles se relacionam em diferentes graus de curvatura."

p Para fazer o grafeno dobrado, Yu fabricou camadas atômicas individuais de nitreto de boro hexagonal, outro material 2-D, em etapas em escala atômica, em seguida, carimbou o grafeno por cima. Usando um feixe de íons focalizado, Han cortou uma fatia de material e fotografou a estrutura atômica com um microscópio eletrônico para ver onde ficava cada camada de grafeno.

p A equipe desenvolveu então um conjunto de equações e simulações para calcular a rigidez à flexão usando a forma da curva do grafeno.

p Envolvendo várias camadas de grafeno em um degrau de apenas um a cinco átomos de altura, os pesquisadores criaram uma forma controlada e precisa de medir como o material se curvaria sobre o degrau em diferentes configurações.

p "Nesta estrutura simples, existem dois tipos de forças envolvidas na flexão do grafeno, "disse Pinshane Huang, professor de ciência e engenharia de materiais e coautor do estudo. "Adesão, ou a atração de átomos para a superfície, tenta puxar o material para baixo. Quanto mais rígido o material, quanto mais ele tentará voltar, resistindo à atração da adesão. A forma que o grafeno assume nas etapas atômicas codifica todas as informações sobre a rigidez do material. "

p O estudo controlou sistematicamente exatamente quanto o material dobrou e como as propriedades do grafeno mudaram.

p "Porque estudamos a curvatura do grafeno em diferentes quantidades, pudemos ver a transição de um regime para outro, de rígido para flexível e de chapa para chapa, "disse o professor de ciência mecânica e engenharia Elif Ertekin, que liderou a parte da pesquisa sobre modelagem por computador. "Construímos modelos em escala atômica para mostrar que isso pode acontecer porque as camadas individuais podem deslizar umas sobre as outras. Assim que tivemos essa ideia, pudemos usar o microscópio eletrônico para confirmar o deslizamento entre as camadas individuais. "

p Os novos resultados têm implicações para a criação de máquinas que são pequenas e flexíveis o suficiente para interagir com células ou material biológico, disseram os pesquisadores.

p "As células podem mudar de forma e responder ao ambiente, e se quisermos nos mover na direção de microrrobôs ou sistemas que têm as capacidades de sistemas biológicos, precisamos ter sistemas eletrônicos que podem mudar suas formas e ser muito suaves também, "van der Zande disse." Tirando vantagem do deslizamento intercalar, mostramos que o grafeno pode ser muito mais macio do que os materiais convencionais da mesma espessura. "