Novo método de obtenção de nanofitas de grafeno : rumo a uma nova e mais rápida eletrônica.
Uma eletrônica baseada no grafeno - folhas de carbono com espessura de um átomo -, pode ser muito mais rápida do que a atual que utiliza silício. Entretanto, fabricar transistores desse material em escala compatível com a produção industrial é um desafio e tanto! Dois grupos de pesquisa desenvolveram métodos simples para "desenrolar" nanotubos de carbono de múltiplas paredes -, forma de carbono relativamente simples de ser fabricada -, para formar nanofitas ("nanoribbon") de grafeno. Ambos os métodos estão sendo licenciados para desenvolvimentos comerciais, sendo que um deles foi utilizado para fabricar um transistor de grafeno, com um recorde em desempenho.
Os materiais utilizados nos transistores devem ser semicondutores, ou seja, é preciso que tenham o controle entre um estado de maior e menor condutividade eletrônica. Enquanto grandes folhas de grafeno conduzem elétrons com alta velocidade, a maneira como os elétrons se propagam neste material bidimensional implica que não é possível controlar os estados mais ou menos condutores, a menos que essas folhas sejam empilhadas, ou feitas estreitas e longas. Os dispositivos que usam grafenos empilhados demandam mais energia que os equivalentes à base de silício. Embora os dispositivos baseados em nanofitas de grafeno demandem a mesma energia que os de silício, são mais difíceis de fabricar.
Em artigos independentes, publicados no mesmo número da revista Nature, dois grupos de pesquisa descreveram métodos para fabricar nanofitas de grafeno "abrindo" nanotubos de carbono (cilindros de carbono cuja parede tem um átomo de espessura) ao longo do seu eixo. Um dos grupos é liderado por James Tour, professor de química e ciência da computação na Rice University, o outro, comandado por Hongjie Dai, professor de química da Stanford University, ambas universidades americanas.
Ilustração do processo de abertura dos nanotubos de carbono (à esquerda). Nanotubos de carbono (box superior à direita) podem ser cortados ao longo do comprimento e convertidos em uma nanofita de grafeno (box inferior à direita), forma de carbono útil para a fabricação de transistores.
Créditos: Rice University.
Os pesquisadores da Rice expuseram os nanotubos de carbono ao ácido sulfúrico e permanganato de potássio, um forte agente oxidante. O procedimento desencadeia uma reação química com a quebra da ligação entre dois átomos de carbono do nanotubo e a oxidação desses átomos que se ligam ao oxigênio. Os átomos de oxigênio criam uma tensão que força a abertura do nanotubo ao longo de seu eixo. "Eles se projetam para fora do tubo, repelem-se, e realmente deformam e forçam a quebra das ligações de carbono na vizinhança", disse Tour. A reação abre cada camada de nanotubo de carbono com um "corte puro" (quimicamente falando), porque é mais favorável a reação se propagar ao longo do comprimento do nanotubo do que oxidar outras ligações mais distantes. A largura das nanofitas é determinada pelo diâmetro dos nanotubos usados no processo. "A maioria dos métodos produz pico- ou nano- gramas de nanofitas", informou Tour. "O método que desenvolvemos pode ser facilmente aplicado na escala de quilogramas".
"Estou impressionado como este método funciona", disse Dai se referindo à técnica de Tour. "No nosso método, temos que proteger um dos lados dos tubos". Diferente da abordagem do grupo liderado por Tour, feita em solução, o método desenvolvido por Dai é realizado sobre uma superfície. Os pesquisadores de Stanford cobrem parcialmente os nanotubos com um filme polimérico. O filme contendo os nanotubos é retirado do substrato e exposto a um plasma de argônio em uma câmara de reação. Esse processo remove os átomos de carbono que estão expostos ao plasma. O tamanho das nanofitas obtidas pode ser controlado variando-se a espessura do filme polimérico e os tempos envolvidos na reação.
Technology Review, 15 de abril, 2009 (Tradução - AGS).
Nota do Scientific Editor: o artigo "Longitudinal unzipping of carbon nanotubes to form graphene nanoribbons", que deu origem a esta nota, é de autoria de D.V. Kosynkin, A.L. Higginbotham, A. Sinitskii, J.R. Lomeda, A. Dimiev, B.K. Price e J.M. Tour, tendo sido publicado na revista Nature, volume 458, págs. 872-876, 2009, DOI:10.1038/nature07872 Letter.
Grafeno obtido por crescimento? Primeiros trabalhos indicam que se trata de hipótese bastante válida.