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Uma equipe de pesquisa japonesa liderada pelo Professor Minoru Osada do Instituto de Materiais e Sistemas para Sustentabilidade (IMaSS) da Universidade de Nagoya foi pioneira em um método inovador para a deposição de alta velocidade e grande área de materiais bidimensionais (2D), incluindo óxidos, óxido de grafeno e nitreto de boro. Esta técnica inovadora, conhecida como “método de transferência integrada espontânea”, foi descoberta por acaso; no entanto, promete revolucionar a produção de nanofolhas. Os resultados da pesquisa foram publicados no periódico Pequeno.
Nanofolhas são caracterizadas por terem apenas alguns átomos de espessura. Devido à sua alta área de superfície em relação ao seu volume, essas folhas exibem propriedades eletrônicas, ópticas, mecânicas e químicas excepcionais. As nanofolhas têm o potencial de revolucionar a eletrônica moderna e a ciência dos materiais.
Tradicionalmente, métodos como deposição química de vapor (CVD) e a técnica de Langmuir-Blodgett (LB) têm sido empregados para fabricação de nanofolhas. No entanto, esses métodos têm obstáculos significativos para seu uso, incluindo dificuldades em atingir deposição uniforme de grande área e complicações no processo de transferência de substrato.
Em sua busca por uma tecnologia de deposição mais eficaz, a equipe de Osada descobriu um fenômeno fascinante completamente por acaso: quando as nanofolhas se molhavam, elas se alinhavam espontaneamente na superfície da água, formando filmes densos em apenas 15 segundos. Esse processo, denominado “fenômeno de espalhamento espontâneo”, sugeria uma tecnologia de deposição mais eficaz.
O grupo testou essa técnica deixando cair uma mistura de solvente de nanofolhas na superfície da água. Devido à maior volatilidade do etanol em comparação à água, ele evapora mais rapidamente, criando um gradiente de concentração na superfície. Regiões com mais evaporação de etanol têm maior tensão superficial do que aquelas com maior concentração de etanol. Essa diferença na tensão superficial faz com que o fluido se mova de áreas de menor para maior tensão, gerando correntes de convecção. Essas correntes guiam as nanofolhas dentro da solução, fazendo com que elas se organizem em uma formação mais ordenada e densa na superfície da água.
“As nanofolhas se alinham espontaneamente e se compactam juntas, muito parecidas com blocos de gelo se juntando na superfície da água”, disse Osada. “Esse alinhamento controlado é essencial para criar filmes de nanofolhas uniformes e de alta qualidade. O filme de nanofolhas resultante pode então ser facilmente transferido para um substrato, completando o processo de deposição em apenas um minuto.”
Este método não apenas simplifica o processo de produção, mas também abre a porta para a produção de filmes espessos multicamadas com 100 a 200 camadas — algo que tem sido difícil de conseguir com métodos convencionais como CVD e LB. A microscopia de força atômica e a microscopia confocal a laser confirmaram que os filmes de nanofolhas produzidos por esta técnica eram altamente uniformes, com nanofolhas densamente compactadas, dispostas como peças de um quebra-cabeça.
O grupo ficou surpreso com a versatilidade dessa técnica, aplicando-a com sucesso a várias composições e estruturas de nanofolhas, permitindo a produção de filmes de grande área em substratos de diferentes formas e materiais. “Os filmes multicamadas fabricados por essa tecnologia exibem excelentes propriedades como filmes finos funcionais. Eles podem ser usados em filmes condutores transparentes, filmes dielétricos, filmes fotocatalíticos, filmes de prevenção de corrosão e filmes de blindagem térmica”, disse Osada.
Além de suas vantagens tecnológicas, Osada enfatizou os benefícios ambientais deste método: “Espera-se que esta tecnologia se torne um importante ecoprocesso ecologicamente correto porque permite a produção de películas finas em vários substratos à temperatura ambiente e em um processo de solução aquosa, sem a necessidade de equipamentos de formação de película a vácuo ou ferramentas caras, que são comuns em processos convencionais de películas finas.”
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