Uma pesquisa recente revelou uma técnica para fazer grafeno que incorpora deliberadamente defeitos estruturais para melhorar seu desempenho. Esta técnica pode ajudar a avançar em muitos campos, incluindo sensores, baterias e eletrônica.
Cientistas da Escola de Química da Universidade de Nottingham, da Universidade de Warwick e da Diamond Light Source desenvolveram um método de etapa única que usa uma molécula chamada Azupireno para criar filmes semelhantes ao grafeno. A forma desta molécula se assemelha muito ao tipo de defeito que os pesquisadores queriam introduzir. Seus resultados foram publicados recentemente Ciência química.
Por que as imperfeições podem melhorar o grafeno
David Duncan, professor associado da Universidade de Nottingham e um dos principais autores do estudo, explicou:”Nossa pesquisa explora uma nova maneira de fazer grafeno, este material ultrafino e ultraforte feito de átomos de carbono, e embora o grafeno perfeito seja notável, às vezes é perfeito demais. Ele interage mal com outros materiais e carece dos elementos necessários em metade da indústria de eletrodos.
“Normalmente, os defeitos nos materiais são vistos como problemas ou erros que reduzem a funcionalidade, nós os usamos intencionalmente para adicionar funcionalidade. Descobrimos que os defeitos podem tornar o grafeno mais “pegajoso” a outros materiais, tornando-o mais útil como catalisador, bem como melhorando sua capacidade de detectar vários gases para uso em sensores. Os defeitos também podem ser potencialmente usados para propriedades eletrográficas e elétricas na indústria de semicondutores. “
Azupireno permite controle preciso da formação de defeitos
O grafeno é normalmente feito de um padrão repetitivo de seis átomos de carbono dispostos em um anel planar. O defeito observado neste estudo consiste em anéis vizinhos de 5 e 7 átomos. O azupireno possui naturalmente um padrão de anel irregular, tornando-o uma molécula inicial ideal. Ao usar o Azupireno para cultivar filmes de grafeno, a equipe conseguiu uma alta concentração desses defeitos específicos. Ajustando a temperatura durante a fase de crescimento, os pesquisadores podem determinar quantos defeitos aparecem no material final.
Pesquisadores do Instituto de Grafeno de Manchester também mostraram que o grafeno resultante pode ser transferido para diferentes superfícies com defeitos de engenharia intactos, um passo importante para a integração desses filmes em dispositivos reais.
Cooperação internacional e ferramentas avançadas revelam comportamento nuclear
O projeto conta com um amplo conjunto de técnicas avançadas e equipes envolvidas do Reino Unido, Alemanha e Suécia. Os pesquisadores usaram microscopia e espectroscopia de alta resolução na Diamond Light Source em Oxfordshire e no MAX IV na Suécia com o supercomputador nacional ARCHER2 do Reino Unido. Essas ferramentas permitiram examinar a estrutura atômica do grafeno defeituoso, confirmar a presença de defeitos de engenharia e determinar como eles afetaram o comportamento químico e eletrônico do material.
Reinhard Maur, professor de Química da Universidade de Warwick, disse:”Ao escolher cuidadosamente as moléculas iniciais e as condições de crescimento, mostramos que é possível cultivar grafeno onde imperfeições podem ser introduzidas de forma mais controlada. Identificamos as assinaturas dessas imperfeições, combinando agregação e simulações Comprosco. “
“Esta pesquisa é uma prova do que pode ser alcançado através da colaboração internacional e da integração de diversos conhecimentos científicos”, disse o Dr. Tien-Lin Lee da Diamond Light Source. “Ao combinar microscopia avançada, espectroscopia e modelagem computacional em instituições do Reino Unido, Alemanha e Suécia, conseguimos descobrir os processos em escala atômica por trás da formação de defeitos no grafeno, que nenhuma técnica ou equipe poderia alcançar sozinha.”
