Gra-feno? Vêm aí mais de 1000-fenos

Redação do Site Inovação Tecnológica -  15/05/2018

Mais de 1.000 materiais unidimensionais já foram identificados, sendo que 258 deles já estão sendo estudados em detalhes. [Imagem: EPFL/G.Pizzi]

Materiais monoatômicos

Os materiais 2D - formados por uma única camada atômica - foram descobertos há quase 15 anos, mas o primeiro deles a ser isolado foi o grafeno, em 2004, o que valeu o Prêmio Nobel de Física.

Apenas algumas dezenas desses materiais foram isolados até agora, mas já se sabia que o grafeno é apenas o começo no universo dos materiais uni e bi-dimensionais.

Agora, graças a uma abordagem informatizada desenvolvida por pesquisadores do Instituto Politécnico Federal de Lausanne, na Suíça, os materiais 2D mais promissores podem ser identificados de maneira mais rápida e criteriosa.

"Para encontrar outros materiais com propriedades semelhantes [ao grafeno], nos concentramos na viabilidade da esfoliação," explicou Nicolas Mounet, membro da equipe. "Mas, em vez de colocar fitas adesivas sobre o grafite para ver se as camadas seriam removidas, como os vencedores do Prêmio Nobel, usamos um método digital."

Biblioteca de materiais 2D

O programa criado pela equipe usou um processo passo a passo de eliminação, que começou identificando todos os materiais compostos de camadas separadas.

"Nós então estudamos a química desses materiais em maior detalhe e calculamos a energia que seria necessária para separar as camadas, concentrando-nos principalmente em materiais onde as interações entre átomos de diferentes camadas são fracas, algo conhecido como ligação de Van der Waals," explicou o pesquisador Marco Gibertini.

O algoritmo foi usado para revisar e analisar cuidadosamente a estrutura de 108.423 materiais 3D catalogados, resultando em um banco de dados com cerca de 5.619 potenciais materiais monoatômicos. Desses potenciais materiais inicialmente selecionados, foram identificadas 1.825 estruturas que poderiam ser esfoliadas, incluindo 1.036 que parecem especialmente fáceis de esfoliar - o consumo de fita adesiva vai ser bem menor.

Programa de código aberto

A equipe já selecionou os materiais que consideraram mais promissores - eles elegeram 258 -, classificando-os de acordo com suas propriedades magnéticas, eletrônicas, mecânicas, térmicas e topológicas.

"No passado, os químicos tinham que começar do zero e continuar tentando coisas diferentes, o que exigia horas de trabalho de laboratório e uma certa sorte. Com nossa abordagem, podemos evitar esse processo longo e frustrante porque temos uma ferramenta que pode apontar os materiais que valem mais a pena estudar, o que nos permite conduzir pesquisas mais focadas," disse o professor Nicola Marzari.

Como a plataforma de cálculos foi disponibilizada de forma pública, outros pesquisadores poderão reproduzir os cálculos ou aplicá-los a qualquer material de interesse para descobrir se ele pode ser esfoliado.

Bibliografia:

Two-dimensional materials from high-throughput computational exfoliation of experimentally known compounds
Nicolas Mounet, Marco Gibertini, Philippe Schwaller, Davide Campi, Andrius Merkys, Antimo Marrazzo, Thibault Sohier, Ivano Eligio Castelli, Andrea Cepellotti, Giovanni Pizzi, Nicola Marzari
Nature Nanotechnology
Vol.: 13, pages246-252
DOI: 10.1038/s41565-017-0035-5