O grafeno, que consiste em uma única camada de átomos de carbono, é o garoto-propaganda dos nanomateriais 2D baseados em carbono. Tem muitas propriedades atraentes que podem ser exploradas em eletrônica de próxima geração, óptica, catálise, biomedicina e muitos outros campos. Recentemente, muitos cientistas se concentraram na deposição de vapor químico (CVD) como uma técnica econômica para produzir superfícies de grafeno maiores em vez do método bem estabelecido de esfoliação mecânica, que só pode produzir pequenas ilhas de grafeno.
No entanto, o grafeno CVD contém um número razoável de estruturas e defeitos de superfície, incluindo rugas, limites de grãos de cristal e contaminação da superfície. Como o grafeno é tão fino, mesmo pequenas irregularidades na superfície podem afetar muito suas propriedades, tornando suas relações superfície-propriedade uma importante área de pesquisa. Embora estudos sobre este tópico tenham sido conduzidos extensivamente para grafeno CVD de camada única, poucos se concentraram em como as estruturas de superfície afetam as características de atrito em nanoescala do grafeno CVD de várias camadas.

Recentemente, uma equipe de pesquisadores da Pusan ​​National University, na Coréia, liderada pelo professor assistente Songkil Kim, abordou essa lacuna de conhecimento. "Correlacionar as características da superfície com as propriedades de um material é muito importante", explica o Dr. Kim, "Imagine que você está empilhando papéis e há uma enorme tensão de compressão sobre esses papéis. Isso pode causar deformações estruturais maciças nas camadas empilhadas e na superfície. Da mesma forma, as mudanças estruturais que ocorrem no grafeno de várias camadas podem afetar suas propriedades de superfície, como seu atrito, que é o que focamos." O artigo foi disponibilizado on-line em 24 de janeiro de 2022 e publicado no Volume 584 da Applied Surface Science em 15 de maio de 2022.

A equipe usou primeiro a ponta do tamanho de um átomo de um microscópio de força atômica (AFM) para arranhar a superfície do grafeno multicamada CVD, limpando quaisquer resíduos poliméricos. Em seguida, eles usaram imagens AFM, microscopia de força de atrito e espectroscopia Raman para identificar e estudar várias estruturas de superfície e como elas afetam o atrito em nanoescala. Curiosamente, eles descobriram que apenas a camada superior de grafeno foi torcida em relação ao resto, o que influenciou o atrito em nanoescala dependente da camada de uma maneira que variou de acordo com a carga aplicada.

No geral, as descobertas deste estudo podem abrir caminho para aplicações mecânicas interessantes para o grafeno CVD. "O grafeno e materiais semelhantes podem ser usados ​​como lubrificantes sólidos", comenta Dr. Kim, "Enquanto os lubrificantes líquidos, como os óleos de motor, não são adequados para ambientes agressivos, como o espaço sideral ou as regiões polares, a excelente robustez e as propriedades de atrito do grafeno o tornam uma alternativa atraente e não tóxica."

Curiosamente, o desenvolvimento de lubrificantes de alto desempenho traz benefícios ambientais, pois a redução do atrito é essencial para evitar perdas de energia em sistemas mecânicos. Outra aplicação potencial para o grafeno CVD multicamadas é em micro/nanodispositivos, onde é necessário um controle preciso do atrito. + Explorar mais

Material 2D em três dimensões