A migração de átomos de carbono na superfície do nanomaterial grafeno foi recentemente medida pela primeira vez. Embora os átomos se movam muito rapidamente para serem observados diretamente com um microscópio eletrônico, seu efeito sobre a estabilidade do material pode agora ser determinado indiretamente enquanto o material é aquecido em uma placa microscópica. O estudo de pesquisadores da Faculdade de Física da Universidade de Viena foi publicado na revista Carbon .
O carbono é um elemento essencial para toda a vida conhecida e existe na natureza principalmente como grafite ou diamante. Nas últimas décadas, cientistas de materiais criaram muitas novas formas de carbono que incluem fulerenos, nanotubos de carbono e grafeno. O grafeno, em particular, tem sido objeto de intensa pesquisa, não apenas por suas propriedades superlativas, mas também porque é particularmente adequado para experimentos e modelagem. No entanto, não foi possível medir alguns processos fundamentais, incluindo o movimento dos átomos de carbono em sua superfície. Essa migração aleatória é a origem atômica do fenômeno da difusão.

A difusão refere-se ao movimento natural de partículas, como átomos ou moléculas em gases, líquidos ou sólidos. Na atmosfera e nos oceanos, esse fenômeno garante uma distribuição uniforme de oxigênio e sal. Nas indústrias técnicas, é de importância central para a produção de aço, baterias de íons de lítio e células de combustível, para citar apenas alguns exemplos. Na ciência dos materiais, a difusão na superfície dos sólidos explica como certas reações catalíticas ocorrem e muitos materiais cristalinos, incluindo o grafeno, são cultivados.

As taxas de difusão na superfície geralmente dependem da temperatura:quanto mais quente, mais rápido os átomos migram. Em princípio, medindo essa velocidade em diferentes temperaturas, podemos determinar a barreira de energia que descreve o quão fácil é para os átomos esperarem de um local na superfície para o próximo. No entanto, isso é impossível por imagens diretas se eles não ficarem parados por tempo suficiente, como é o caso dos átomos de carbono no grafeno. Assim, até agora, nosso entendimento se baseou em simulações de computador. O novo estudo supera essa dificuldade medindo indiretamente seu efeito enquanto aquece o material em uma placa microscópica dentro de um microscópio eletrônico.

Ao visualizar a estrutura atômica do grafeno com elétrons enquanto ocasionalmente expulsam átomos, os pesquisadores puderam determinar a velocidade com que os átomos de carbono na superfície devem estar se movendo para explicar o preenchimento dos buracos resultantes em temperaturas elevadas. Ao combinar microscopia eletrônica, simulações de computador e uma compreensão da interação do processo de imagem com a difusão, uma estimativa da barreira de energia pode ser medida.

"Após uma análise cuidadosa, identificamos o valor para 0,33 elétron-volts, um pouco abaixo do esperado", afirma o autor principal Andreas Postl. O estudo também é um exemplo de serendipidade na pesquisa, pois o objetivo original da equipe era medir a dependência da temperatura desse dano de irradiação. “Honestamente, não foi isso que inicialmente nos propusemos a estudar, mas essas descobertas na ciência geralmente acontecem pela busca persistente de detalhes pequenos, mas inesperados”, conclui o autor sênior Toma Susi. + Explorar mais

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