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Cientistas pesquisadores da Universidade de Linköping (LiU), na Suécia, afirmam ter criado a primeira camada bidimensional de ouro com um único átomo usando uma técnica aperfeiçoada por ferreiros japoneses há mais de 100 anos. Apelidado de “goldeno” em referência ao popular grafeno, material de carbono de átomo único, que essencialmente deu início à revolução dos materiais 2D, o material inovador poderia possuir um grande número de propriedades exóticas, como aquelas encontradas em outros materiais 2D de átomo único.
Os pesquisadores por trás da primeira conquista também dizem acreditar que o goldene também pode oferecer diversas aplicações imediatas. Estas incluem novos métodos de recolha de energia, catálise para geração de hidrogénio, conversão de carbono, purificação de água ou mesmo o fabrico de produtos químicos personalizados.
Desafios materiais que impedem a criação de uma camada de ouro com um único átomo
Em seu estudo publicado descrevendo suas conquistas, os pesquisadores da LiU explicam como as tentativas anteriores de criar ouro com camada de átomo único falharam. O problema mais comum, explicam eles, é o fato de que átomos de ouro individuais tendem a se aglomerar, resultando em uma bola de ouro 3D em vez de uma folha 2D lisa. No entanto, os pesquisadores ainda tentaram criar folhas de ouro 2D devido às propriedades únicas e às inúmeras aplicações potenciais que os materiais 2D, especialmente os metais, oferecem.
“Se você fizer um material extremamente fino, algo extraordinário acontece – como acontece com o grafeno”, explicado Shun Kashiwaya, pesquisador da Divisão de Design de Materiais da LiU. “A mesma coisa acontece com o ouro.”
Surpreendentemente, Lars Hultman, professor de física de filmes finos na LiU, admite que a equipe de pesquisa não se propôs realmente a criar uma camada de ouro com um único átomo. Em vez disso, eles encontraram o material durante outro experimento.
“Criamos o material base com aplicações completamente diferentes em mente”, explicou Hultman. “Começamos com uma cerâmica eletricamente condutora chamada carboneto de titânio e silício, onde o silício está em camadas finas. Aí a ideia foi revestir o material com ouro para fazer contato.”
Para surpresa dos pesquisadores, eles não acabaram com o carboneto de silício de titânio banhado a ouro. Em vez disso, o seu material base passou por um processo químico conhecido como “intercalação”, onde um material numa estrutura em camadas é substituído por outro.
“Quando expusemos o componente a altas temperaturas, a camada de silício foi substituída por ouro dentro do material base”, disse Hultman.
Na verdade, os pesquisadores transformaram seu carboneto de silício de titânio em carboneto de ouro de titânio. É claro que os pesquisadores já tinham esse material à sua disposição. No entanto, o processo de fabricação da equipe desencadeou a ideia de usar carboneto de ouro de titânio para criar uma camada de ouro com um único átomo.
Camada de ouro com um único átomo é melhor feita no escuro
Armada com seu processo de criação de carboneto de ouro de titânio e com o objetivo de usá-lo para criar ouro 2D, a equipe da LiU procurou maneiras de “gravar” os outros materiais até que restasse apenas a camada de átomos de ouro. Eles esperavam que a solução estivesse em uma técnica com mais de 100 anos usada por ferreiros japoneses para gravar metais para coisas como arte e fabricação de facas, chamada reagente de Murakami. Embora o processo tenha se mostrado imediatamente promissor, os pesquisadores disseram que encontrar a fórmula exata envolveu muitas tentativas e erros.
“Tentei diferentes concentrações do reagente de Murakami e diferentes intervalos de tempo para a gravação”, disse Kashiways. “Um dia, uma semana, um mês, vários meses.” Após vários níveis de sucesso, o cientista de materiais determinou rapidamente que quanto menor a concentração do agente de ataque e mais longo o processo de ataque, mais perto eles chegavam de seu objetivo final.
“Mas ainda não foi suficiente”, explicou Kashiwaya.
A equipe logo descobriu que o processo teria mais sucesso se fosse feito no escuro. Isso porque a luz que atinge o reagente de Murakami pode produzir cianeto, que dissolve o ouro. Ao tentar criar uma folha de ouro 2D, dissolve-la é claramente um resultado indesejado.
Felizmente, e como esperado, a mudança foi bem-sucedida. O ambiente escuro impediu a dissolução do ouro e, à medida que o carboneto de ouro de titânio gravado se dissolvia lentamente, a desejada camada de ouro de um único átomo foi deixada para trás. Para estabilizar o ouro 2D e evitar que ele se enrole, a equipe também adicionou uma camada de molécula única de surfactante.
“As folhas douradas (resultantes) estão em uma solução, um pouco como flocos de milho no leite”, disse Kashiwaya sobre a camada de ouro de um único átomo de sua equipe. “Usando uma espécie de “peneira”, podemos coletar o ouro e examiná-lo com um microscópio eletrônico para confirmar que conseguimos. O que nós temos.
As aplicações potenciais incluem coleta de energia e purificação de água
A seguir, os pesquisadores da LiU dizem que esperam usar seu processo para criar folhas 2D a partir de outros metais nobres. Entretanto, estão também a celebrar a sua primeira criação de folhas de ouro 2D, que acreditam não só poder reduzir drasticamente a quantidade de ouro necessária nas actuais configurações de materiais, mas também oferecer uma vasta gama de aplicações comerciais e industriais.
A equipe de pesquisa explica: “As aplicações futuras podem incluir conversão de dióxido de carbono, catálise geradora de hidrogênio, produção seletiva de produtos químicos de valor agregado, produção de hidrogênio, purificação de água, comunicação e muito mais”.
Christopher Plain é romancista de ficção científica e fantasia e redator-chefe de ciências do The Debrief. Siga e conecte-se com ele no X, conheça seus livros em plainfiction.comou envie um e-mail diretamente para ele em christopher@thedebrief.org.
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