Nanoestruturas de grafeno com bordas em forma de ziguezague apresentam muitas promessas tecnológicas graças às suas excelentes propriedades eletrônicas e magnéticas. Infelizmente, as bordas altamente reativas dessas chamadas nanofitas de grafeno (GNRs) degradam-se rapidamente quando expostas ao ar, limitando suas aplicações práticas. Uma equipa de Espanha e da República Checa apresentou agora duas novas estratégias para os proteger. Estas estratégias também poderiam ser estendidas a outros tipos de nanoestruturas baseadas em carbono tecnologicamente importantes.
Os GNRS são especiais porque o comportamento de seus elétrons pode ser ajustado de metal para semicondutor simplesmente ajustando o comprimento ou largura das fitas, modificando a estrutura de suas bordas ou dopando-as com átomos que não sejam de carbono. Os materiais também podem ser tornados magnéticos usando essas técnicas. A versatilidade dos GNRs os torna blocos de construção promissores para inúmeras aplicações, incluindo tecnologias quânticas.
O problema é que as propriedades excepcionais dos GNRs dependem da presença de segmentos em forma de ziguezague ao longo das suas bordas, e estes segmentos (ao contrário das bordas em forma de poltrona) são instáveis no ar. Isto significa que os GNRs precisam ser mantidos no vácuo, dificultando seu emprego em aplicações do mundo real.
sp3 configuração aumenta a estabilidade do ar
No novo trabalho, três grupos de pesquisa – liderados por Dimas G de Oteyza da Centro de Pesquisa em Nanomateriais e Nanotecnologia (CINN) em El Entrego, Espanha; Diego Pena da CiQUS, Universidade de Santiago de Compostela; e Pavel Jelinek no Instituto de Física, Academia Tcheca de Ciências – estudaram tiras estreitas de nanofitas de grafeno com grande densidade de bordas em forma de zigue-zague. Eles descobriram que, quando hidrogenados, os átomos de carbono nas nanoestruturas rehibridizam em um sp3 configuração, o que aumenta sua estabilidade no ar. As estruturas podem ser convertidas de volta ao seu estado original simplesmente aquecendo-as. Alternativamente, os pesquisadores descobriram que poderiam tornar as nanoestruturas estáveis, funcionalizando-as com grupos laterais cetônicos. Esta forma oxidada do material também é estável a uma variedade de outros produtos químicos e pode ser convertida de volta à forma original por hidrogenação e recozimento sob condições de vácuo. Em ambos os casos, os GNRs protegidos retêm as propriedades eletrônicas das nanoestruturas originais.
“Nossas estratégias de proteção nos permitem retirar essas moléculas do ambiente inerte de vácuo sem degradá-las”, disse Oteyza. Mundo da física. “Essas técnicas podem ser extrapoladas para diferentes GNRs e nanoestruturas baseadas em carbono, bem como para diferentes grupos funcionais, permitindo que esses materiais de carbono com bordas em zigue-zague sejam usados em aplicações escalonáveis no mundo real.”
Nanotubos de carbono esmagados formam nanofitas suaves
Antes que isso se torne possível, porém, Oteyza e colegas reconhecem que há desafios a superar. “Por um lado, as etapas de ‘desproteção’ ainda requerem condições de vácuo”, explica Peña. “Isso significa que, embora possamos colocar nossas moléculas de interesse nas estruturas de dispositivos apropriadas para aplicações escaláveis, os dispositivos ainda devem funcionar no vácuo.”
Será, portanto, necessário um passo adicional, nomeadamente proteger a estrutura de todo o dispositivo baseado em GNR de uma forma que não afecte a química da molécula. “Este é um dos principais desafios que precisamos enfrentar”, diz Jelinek.
O estudo é publicado em Nature Chemistry.
