.
Desde a descoberta da forma bidimensional do grafite (chamado grafeno) há quase vinte anos, o interesse em materiais 2D com suas propriedades físicas especiais disparou. Famosamente, o grafeno foi produzido esfoliando grafite a granel usando fita adesiva. Embora tenha sido bom o suficiente para um Prêmio Nobel, esse método tem suas desvantagens. Uma equipe internacional de cientistas de superfície desenvolveu um método simples para produzir amostras 2D grandes e muito limpas de uma variedade de materiais usando três substratos diferentes. Seu método, cinético no local a síntese de camada única (KISS) foi descrita na revista ciência avançada em 1º de junho.
Os materiais 2D têm propriedades físicas que não são compartilhadas pelo material a granel. O confinamento de portadores de carga é uma razão para isso. Existem duas maneiras de produzir esses materiais 2D: esfoliar um cristal maior ou cultivar uma camada 2D. Esfoliação significa descascar camadas de um cristal maior até ficar com apenas uma camada. “Este processo é demorado e requer habilidades e equipamentos específicos”, diz Antonija Grubisic-Cabo, cientista de superfície da Universidade de Groningen (Holanda) e primeira autora do artigo da Advanced Science. ‘Além disso, muitas vezes resulta em flocos muito pequenos, enquanto a fita adesiva usada pode deixar polímeros em suas superfícies.’
Ouro
Crescer filmes 2D é outra abordagem. Isso permite a produção de grandes amostras sob condições controladas. ‘No entanto, geralmente leva muito tempo para descobrir como cultivar esses materiais 2D. E o processo nem sempre resulta em uma camada perfeita’, diz Grubisic-Cabo. Juntamente com o último autor, Maciej Dendzik, ela reuniu um ‘time dos sonhos’ de colegas, muitos dos quais já haviam trabalhado juntos na Universidade de Aarhus (Dinamarca) como estudantes de doutorado, para desenvolver uma técnica simples para a produção de materiais 2D.
‘Sabíamos de algumas experiências em que filmes de ouro foram usados para esfoliar o material a granel. Mas estes foram realizados principalmente no ar, o que significa que esta técnica não é muito adequada para materiais sensíveis ao ar ou para pesquisas científicas de superfície.’ A equipe queria uma técnica que permitisse a produção de materiais 2D sensíveis ao ar em uma variedade de substratos. Em sua primeira tentativa, eles usaram um cristal de ouro em uma câmara de alto vácuo. ‘Basicamente, batemos o cristal no material a granel e descobrimos que uma bela camada 2D grudava no ouro.’ Por que isso acontece ainda não está claro, mas a equipe suspeita que a ligação com o ouro seja mais forte do que a força de Van der Waals que mantém as camadas do cristal juntas.
Dispositivos
Eles desenvolveram esse primeiro experimento, adicionando uma mola ao palco com o material a granel que atua como um amortecedor e, assim, permite um melhor controle do impacto do cristal de ouro. Além disso, a equipe mostrou que tanto a prata quanto o germânio semicondutor podem ser usados como substrato para descascar materiais 2D. ‘Cristais de ouro são um recurso padrão em laboratórios de ciências de superfície, onde são usados na calibração de instrumentos, por exemplo. Os cientistas não gostam de danificar esses cristais, mas isso não aconteceu nesses experimentos’, diz Grubisic-Cabo. ‘E, desde então, mudamos o protocolo para usar filmes finos de ouro de cristal único. Isso tem a vantagem adicional de poder dissolver o ouro para que possamos isolar a amostra 2D, desde que seja estável no ar ou no líquido.’
Essas amostras isoladas poderão ser utilizadas para a próxima etapa: a construção de dispositivos a partir dos materiais 2D que serão produzidos com a técnica KISS. ‘Isso ainda não é possível, mas estamos trabalhando nisso’, diz Grubisic-Cabo. ‘Então, o que temos é uma técnica para produzir amostras 2D grandes e muito limpas de uma maneira muito simples, o que nos permite criar materiais 2D sensíveis ao ar. Além disso, nossa técnica usa equipamentos padrão que estão presentes em praticamente todos os laboratórios de ciência de superfície.’
.
