Óleo e água não se misturam, mas o que acontece quando o óleo e a água se encontram? Ou onde o ar encontra o líquido? Reações únicas ocorrem nessas interfaces, que uma equipe de pesquisadores sediada no Japão usou para desenvolver a primeira construção bem-sucedida de nanofolhas uniformes e eletricamente condutoras necessárias para sensores de próxima geração e tecnologias de produção de energia.
A colaboração de pesquisa da Universidade da Prefeitura de Osaka, do Instituto de Pesquisa de Radiação Síncrotron do Japão e da Universidade de Tóquio publicou sua abordagem em 28 de outubro em ACS Applied Materials &Interfaces .

"Sabemos há muito tempo que o óleo forma um filme grande e uniforme na superfície da água - entender e usar esse fenômeno familiar pode levar a processos de economia de energia", disse o autor correspondente Rie Makiura, professor associado do Departamento de Ciência dos Materiais. , Universidade da Prefeitura de Osaka. "Ao utilizar uma combinação de matérias-primas em uma interface semelhante, conseguimos criar materiais funcionais com nanoestruturas tridimensionais avançadas que conduzem eletricidade".

Esses materiais são estruturas metal-orgânicas, microporosas e compostas por íons metálicos e ligantes orgânicos altamente organizados. Chamados de MOFs, eles têm inúmeras aplicações potenciais de nanotecnologias a ciências da vida, de acordo com Makiura, mas uma propriedade não realizada os impede de serem usados ​​– a maioria dos MOFs fabricados não conduz bem a eletricidade.

"Para utilizar os recursos superiores dos MOFs condutores em aplicações como sensores e dispositivos de energia, a fabricação e integração de filmes ultrafinos com tamanho de poro definido, direção de crescimento bem controlada e espessura do filme são uma necessidade e têm sido ativamente procuradas", disse Makura.

A maioria do desenvolvimento de filmes finos MOF anteriores envolve a esfoliação de camadas de cristais maiores e sua colocação em um substrato. De acordo com Makiura, no entanto, esse processo é complicado e muitas vezes resulta em folhas grossas e não uniformes que não são altamente condutoras. Para desenvolver nanofolhas condutoras ultrafinas e uniformes, ela e sua equipe decidiram mudar a abordagem.

Eles começaram a espalhar uma solução contendo ligantes orgânicos em solução aquosa de íons metálicos. Uma vez em contato, as substâncias começam a montar seus componentes em um arranjo hexagonal. Por mais de uma hora, o arranjo continuou à medida que nanofolhas se formam onde o líquido e o ar se encontram. Após a conclusão da formação da nanofolha, os pesquisadores usaram duas barreiras para comprimir as nanofolhas em um estado mais denso e contínuo.

É uma abordagem simplificada para produzir nanofolhas incrivelmente finas com estruturas cristalinas altamente organizadas, de acordo com Makiura. Os pesquisadores confirmaram a estrutura uniforme por meio de análise microscópica e cristalográfica de raios-X. Os cristais bem ordenados visualizados também indicaram as propriedades elétricas do material, uma vez que os cristais estavam uniformemente em contato em cada folha, o que também facilitou o contato próximo entre as folhas. Os pesquisadores testaram isso transferindo nanofolhas para um substrato de silício, adicionando eletrodos de ouro e medindo a condutividade.

"Embora não tenha sido fácil avaliar os filmes ultrafinos, ficamos encantados quando pudemos provar que ele tinha uma nanoestrutura tridimensional e alta condutividade elétrica", disse o primeiro autor Takashi Ohata, estudante de doutorado supervisionado por Makiura.

Os pesquisadores agora estão estudando como vários parâmetros afetam a morfologia das nanofolhas, com o objetivo de desenvolver uma metodologia controlável e ajustável para criar nanofolhas de alta qualidade com propriedades eletrônicas direcionadas.

“Nossa montagem de baixo para cima versátil e simples de componentes de construção molecular adequados na interface ar/líquido em uma arquitetura estendida realiza a criação de uma nanofolha cristalina eletricamente condutora e perfeitamente orientada”, disse Makiura. “A nova descoberta aumenta ainda mais o potencial da síntese interfacial ar/líquido para criar uma ampla variedade de nanofolhas para uso real em muitas aplicações potenciais, inclusive para dispositivos de criação de energia e catalisadores”. + Explorar mais

Camadas de nanofolhas cristalinas permitem propriedades eletrônicas ajustáveis ​​