Instrumento remoto de deposição de vapor de plasma projetado pelo Fanchini Lab. Crédito:Mitch Zimmer/Ciência Ocidental É um truque comum esticar um balão para facilitar o enchimento. Quando o balão se estica, a largura diminui transversalmente até o tamanho de um barbante. Noah Stocek, Ph.D. estudante que colabora com o físico ocidental Giovanni Fanchini, desenvolveu um novo nanomaterial que demonstra o oposto deste fenômeno.
Trabalhando na Interface Science Western, sede do Tandetron Accelerator Facility, Stocek e Fanchini formularam nanofolhas bidimensionais de semicarboneto de tungstênio (ou W2 C, um composto químico contendo partes iguais de átomos de tungstênio e carbono), que, quando esticado em uma direção, se expande perpendicularmente à força aplicada. Este projeto estrutural é conhecido como auxética.
O truque é que a estrutura da nanofolha em si não é plana. Os átomos da folha são feitos de unidades repetidas que consistem em dois átomos de tungstênio para cada átomo de carbono, dispostos metaforicamente como a superfície ondulada de uma caixa de ovos. À medida que a tensão é aplicada através da nanofolha elástica em uma direção, ela se expande na outra dimensão à medida que as covinhas se achatam.
Crédito:Universidade de Western Ontario
Antes desta inovação, havia apenas um material relatado que poderia expandir-se em 10% por unidade de comprimento desta forma contra-intuitiva. A nanofolha de semicarboneto de tungstênio de engenharia ocidental pode se expandir para 40%, um novo recorde mundial.
"Estávamos procurando especificamente criar um nanomaterial bidimensional a partir de semicarboneto de tungstênio", disse Stocek. “Em 2018, os teóricos previram que poderia apresentar este comportamento a um nível excelente, mas ninguém foi capaz de desenvolvê-lo, apesar das extensas tentativas de grupos de investigação em todo o mundo”.
Não foi possível construir o novo nanomaterial de semicarboneto de tungstênio usando meios químicos, então Stocek e Fanchini confiaram na física do plasma para formar as camadas de átomo único. Feito de partículas carregadas de átomos, o plasma é o quarto estado da matéria (com sólido, líquido e gasoso). O plasma pode ser observado no mundo natural na aurora boreal, ou Aurora Boreal, e na coroa solar durante o recente eclipse solar. Também é usado em iluminação neon, tubos fluorescentes e TVs de tela plana.
Normalmente, a instrumentação usada para fazer nanomateriais bidimensionais são fornos especiais onde os gases são aquecidos a uma temperatura alta o suficiente para reagir e formar quimicamente a substância desejada. Esta abordagem simplesmente não funcionou porque qualquer reação química, o processo mais comum, levaria a um produto diferente do nanomaterial desejado.
“Foi aí que a maioria dos pesquisadores que tentaram obter esse material antes de nós ficaram presos, então tivemos que mudar”, disse Fanchini.
Em vez de aquecer um gás feito de átomos de tungstênio e carbono em fornos, o que produziria partículas neutras como se obteria para sólidos, líquidos ou gases, Stocek e Fanchini projetaram uma nova instrumentação customizada que produz um plasma, que é composto de eletricamente partículas carregadas.
Crédito:Universidade de Western Ontario
Metas estendidas
Existem inúmeras aplicações possíveis para estes W2 Nanofolhas C, começando com um novo tipo de extensômetro. Esses medidores disponíveis comercialmente são uma forma padrão de medir a expansão e o estiramento em tudo, desde asas de avião até encanamentos domésticos.
“Imagine se você quiser saber se um cano da sua casa está deformando e corre o risco de estourar em algum momento. Você pode colocar um sensor no cano feito desse nanomaterial bidimensional e depois usar um computador para monitorar a corrente que passa por ele. Se a corrente aumentar, significa que o tubo está se expandindo e corre o risco de estourar”, disse Stocek.
O novo nanomaterial, de fato, torna-se mais eletricamente condutor, e isso abre portas para infinitas possibilidades de uso em coisas como sensores ou qualquer dispositivo que detecte eventos ou mudanças no ambiente e envie as informações para outros eletrônicos. Outra aplicação é incorporar o material diretamente em eletrônicos extensíveis, como tecnologia vestível, para que tenham mais condutividade.
"Normalmente, os medidores de tensão dependem do fato de que quando você estica um material, ele fica mais fino e você altera a condutividade de um material para transportar corrente", disse Fanchini. “Com este novo nanomaterial, isso não seria mais o caso”.
As descobertas foram publicadas na revista Materials Horizons .
