Cientistas da Universidade Metropolitana de Tóquio descobriram o mecanismo por trás do rápido crescimento de nanofios ultrafinos ou "bigodes" em compostos orgânicos. Os nanofios são uma inovação tecnológica desejável e um perigo quando causam curto-circuito na eletrônica:entender como eles crescem é crucial para as aplicações. Curiosamente, os filamentos cresceram a partir de grandes frentes cristalinas seguindo bolhas de gás. É importante ressaltar que traços de impurezas podem suprimir a formação de bolhas e o crescimento de bigodes, permitindo o controle sobre a estrutura do cristal.
Os nanofios são filamentos ultrafinos de material cristalino que prometem novas e excitantes aplicações em eletrônica, catálise e geração de energia. Eles também podem crescer espontaneamente onde não são desejados, superando barreiras isolantes e curto-circuitando circuitos eletrônicos. Entender como eles crescem é um problema tecnológico importante, mas o mecanismo exato permanece desconhecido.

Uma equipe composta pelo professor Rei Kurita, professor assistente Marie Tani e Takumi Yashima da Universidade Metropolitana de Tóquio têm observado o crescimento de cristais em o-terfenil e salol, ambos compostos orgânicos típicos que exibem cristais de bigode, o rápido crescimento de filamentos finos de frentes de material cristalino quando resfriado. Em uma inspeção minuciosa, eles descobriram que cada filamento apresentava uma pequena bolha em sua ponta. Eles conseguiram mostrar que essa bolha não era apenas uma impureza ou apenas misturada ao ar, mas uma minúscula cápsula de gás do mesmo composto orgânico. Em vez de moléculas no líquido simplesmente se depositando em uma frente de crescimento como no crescimento normal de cristal, ela estava se transferindo para o gás dentro da bolha antes de ser anexada à ponta do filamento, uma imagem totalmente diferente da imagem padrão de congelamento em líquidos. Isso levou a um crescimento rápido sem precedentes, que também pode ser reproduzido dentro de capilares de vidro fino para um crescimento mais controlado de nanofios.

Abordando a própria formação de bolhas, a equipe descobriu que a grande diferença de densidade entre o cristal e o líquido nesses compostos tinha um papel a desempenhar. Repetindo os experimentos em outros líquidos que não tiveram uma diferença tão grande, eles não encontraram crescimento de bigodes. Eles raciocinaram que a frente cristalina era propensa a abrigar heterogeneidades de grande densidade, levando à cavitação, a formação espontânea de bolhas de gás que dão origem a bigodes.

Tendo descoberto o que causou o crescimento do filamento, a equipe começou a obter algum controle sobre o fenômeno, suprimindo a formação de bolhas. Eles adicionaram uma pequena quantidade de impureza ao material para suprimir a cavitação. Com certeza, à medida que as bolhas desapareciam, o mesmo acontecia com os bigodes, permitindo o crescimento mais lento, mas sem bigodes, de grandes pedaços de material cristalino uniforme.

Com capacidade de ajuste sem precedentes e uma compreensão da física por trás do processo, o trabalho da equipe promete novas abordagens para cultivar nanofilamentos para aplicações tecnológicas e diferentes estratégias para proteger eletrônicos e baterias de curtos potencialmente perigosos desencadeados por cristais de bigode. A pesquisa é publicada em Relatórios Científicos . + Explorar mais

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