Uma Abordagem Inovadora para o Crescimento de Grafeno

Cientistas da Escola de Química da Universidade de Nottingham, da Universidade de Warwick e do Diamond Light Source criaram uma abordagem de etapa única que cresce filmes semelhantes ao grafeno usando uma molécula chamada Azupireno. A forma dessa molécula se assemelha ao tipo de defeito que os pesquisadores desejavam introduzir. Os achados foram publicados recentemente na Chemical Science.

Por que Imperfeições Podem Melhorar o Grafeno

David Duncan, Professor Associado da Universidade de Nottingham e um dos principais autores do estudo, explica: “Nosso estudo explora uma nova maneira de fazer grafeno, esse material super-fino e super-forte é composto de átomos de carbono, e embora o grafeno perfeito seja notável, às vezes é perfeito demais. Ele interage fracamente com outros materiais e carece de propriedades eletrônicas cruciais necessárias na indústria dos semicondutores.”

“Normalmente, defeitos em materiais são vistos como problemas ou erros que reduzem o desempenho, mas nós os usamos intencionalmente para adicionar funcionalidade. Descobrimos que os defeitos podem tornar o grafeno mais ‘adesivo’ a outros materiais, tornando-o mais útil como catalisador, além de melhorar sua capacidade de detectar diferentes gases para uso em sensores. Os defeitos também podem alterar as propriedades eletrônicas e magnéticas do grafeno, para possíveis aplicações na indústria de semicondutores.”

Azupireno Permite Controle Preciso da Formação de Defeitos

O grafeno é normalmente construído a partir de um padrão repetitivo de seis átomos de carbono organizados em um anel plano. O defeito abordado nesta pesquisa consiste em anéis de 5 e 7 átomos vizinhos. O Azupireno contém naturalmente esse tipo de padrão de anel irregular, tornando-o uma molécula inicial ideal. Ao usar Azupireno para crescer os filmes de grafeno, a equipe alcançou uma alta concentração desse defeito específico. Ajustar a temperatura durante a fase de crescimento permitiu que os pesquisadores apurassem quantos defeitos apareceram no material final.

Pesquisadores do Instituto de Grafeno em Manchester também mostraram que o grafeno resultante poderia ser transferido para uma variedade de superfícies enquanto mantinha os defeitos engenheirados intactos, um passo importante para a integração desses filmes em dispositivos reais.

Colaboração Internacional e Ferramentas Avançadas Revelam Comportamento Atômico

O projeto contou com um conjunto amplo de técnicas avançadas e envolveu equipes do Reino Unido, Alemanha e Suécia. Os pesquisadores utilizaram microscopia de alta resolução e espectroscopia no Diamond Light Source em Oxfordshire e no MAX IV na Suécia, juntamente com o supercomputador nacional do Reino Unido ARCHER2. Essas ferramentas possibilitaram examinar a estrutura atômica do grafeno defeituoso, confirmar a presença dos defeitos engenheirados e determinar como eles influenciaram o comportamento químico e eletrônico do material.

O Professor Reinhard Maurer, do Departamento de Química da Universidade de Warwick, afirma: “Ao escolher cuidadosamente a molécula inicial e as condições de crescimento, mostramos que é possível crescer grafeno no qual imperfeições podem ser introduzidas de maneira mais controlada. Caracterizamos as assinaturas dessas imperfeições reunindo imagens em escala atômica, espectroscopia e simulação computacional.”

“Este estudo é um testemunho do que pode ser alcançado por meio da colaboração internacional e da integração de diversas experiências científicas,” disse o Dr. Tien-Lin Lee, do Diamond Light Source. “Ao combinar microscopia avançada, espectroscopia e modelagem computacional entre instituições do Reino Unido, Alemanha e Suécia, conseguimos desvendar os mecanismos em escala atômica por trás da formação de defeitos no grafeno, algo que nenhuma técnica ou equipe sozinha poderia ter alcançado.”