Um grafeno com defeito pode ser mais interessante que a coisa perfeita

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/01/2020

A estrutura amorfa tem distâncias átomo a átomo bastante variadas, diferentemente dos cristais. Isso ocorre devido ao arranjo aleatório de anéis de cinco, seis, sete e oito carbonos em uma rede plana de carbono, levando a uma ampla distribuição de comprimentos de ligação (em ângstrons) e ângulos de ligação.
[Imagem: NUS]

Material amorfo monoatômico

O grafeno tem sido chamado de "material maravilha" por razões muito boas, mas virtualmente tudo o que se fez com ele até agora se restringe a condições muito controladas de laboratório.

É que manipular essas folhas monoatômicas de carbono não é tarefa simples, o que cria um hiato difícil de superar entre os experimentos de laboratório e as aplicações práticas na indústria.

Chee-Tat Toh e colegas da Universidade Nacional de Cingapura apresentaram agora o que pode ser a solução para facilitar a manipulação do grafeno - ou, para ser mais rigoroso, de um material similar ao grafeno.

Toh criou pela primeira vez uma "monocamada amorfa de carbono" (MAC), o que significa que o carbono não se organiza na estrutura hexagonal precisa do grafeno, em vez disso seguindo um padrão que se "desordena" em pontos defeituosos, mas que, ainda assim, acomoda "cristalitos" perfeitos de grafeno em seu interior.

A propósito, este experimento encerra um debate de décadas na comunidade científica, com a maioria da comunidade defendendo que seria impossível sintetizar uma monocamada amorfa de carbono.

"Com a monocamada amorfa de carbono, mostramos pela primeira vez que materiais totalmente amorfos podem ser estáveis e independentes em camadas atômicas únicas. Os materiais amorfos são de grande importância tecnológica, mas, surpreendentemente, permanecem mal compreendidos do ponto de vista da ciência básica. Esse avanço permitiu que um imageamento direto revelasse como os átomos são organizados em materiais amorfos e pode ter valor comercial para baterias, semicondutores, membranas e muitas outras aplicações," disse o professor Barbaros Ozyilmaz, coordenador da equipe.

Micrografias do "grafeno com defeitos".
[Imagem: Chee-Tat Toh et al. - 10.1038/s41586-019-1871-2]

Monocamada amorfa de carbono

Apesar de ter uma estrutura atômica desordenada, a MAC (monocamada amorfa de carbono) apresenta um comportamento até mais "maravilhoso" do que o grafeno: "O que é surpreendente na MAC é que ela exibe algumas propriedades totalmente diferentes dos materiais tradicionais de monocamada," disse Toh.

Uma dessas propriedades excepcionais é que os filmes MAC podem ser deformados plasticamente. Isso significa que eles podem ser esticados em formas irregulares e permanecer em conformidade com essa posição. Não existe outro material de camada única que apresente deformação plástica significativa.

O fato de o material se comportar dessa maneira, em comparação com materiais cristalinos como o grafeno, que se quebram facilmente quando esticados, expande significativamente o número de aplicações industriais para as quais ele poderia ser adequado.

Por exemplo, filmes ultrafinos são extremamente úteis em muitas indústrias - para dispositivos de gravação magnética de última geração, interconexões de cobre, telas flexíveis, células de combustível, baterias e outros dispositivos eletrônicos. No entanto, o desempenho de filmes finos amorfos convencionais é ruim quando eles são fabricados muito finos, e outros filmes atomicamente finos não podem ser produzidos de acordo com os rigorosos padrões da indústria sem comprometer suas qualidades.

"Nossos filmes de monocamadas amorfas não apenas atingem o limite definitivo da espessura, mas também não comprometem a uniformidade e a confiabilidade, e podem ser no geral considerados viáveis para a indústria," afirmou o professor Ozyilmaz.

Bibliografia:

Artigo: Synthesis and properties of free-standing monolayer amorphous carbon
Autores: Chee-Tat Toh, Hongji Zhang, Junhao Lin, Alexander S. Mayorov, Yun-Peng Wang, Carlo M. Orofeo, Darim Badur Ferry, Henrik Andersen, Nurbek Kakenov, Zenglong Guo, Irfan Haider Abidi, Hunter Sims, Kazu Suenaga, Sokrates T. Pantelides, Barbaros Özyilmaz
Revista: Nature
Vol.: 577, pages 199-203
DOI: 10.1038/s41586-019-1871-2