Joia tecnológica: Grafeno vira diamante superfino

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/12/2019

Comparação entre a bicamada de grafeno e o diamante monocamada fluorado (F-diamano). Em cima: Modelos otimizados de grafeno de duas camadas e F-diamano - as esferas laranja e cinza representam átomos de flúor e carbono, respectivamente. Embaixo: Micrografias eletrônicas do grafeno de camada dupla e do F-diamano, com indicações da intercamada e das distâncias interatômicas.
[Imagem: Bakharev et al. - 10.1038/s41565-019-0582-z]

Grafeno que vira diamante

Grafeno e diamante são ambos materiais inteiramente feitos de carbono, mas será que a folha monoatômica de carbono pode ser convertida diretamente para uma folha de diamante?

A resposta positiva a esta pergunta, que vem sendo feita há bastante tempo pelos cientistas dos materiais, foi dada por Pavel Bakharev e colegas do Instituto de Ciências Básicas da Coreia do Sul.

A equipe desenvolveu um método para converter quimicamente uma folha de grafeno de camada dupla para o material mais fino possível semelhante a um diamante, sob condições moderadas de pressão e temperatura.

Esse filme fino de diamante, que é extremamente forte mas flexível, é também um semicondutor talhado para aplicações industriais em nano-óptica e nanoeletrônica. Ele pode servir como uma plataforma para sistemas micro e nano-eletromecânicos, mas ainda era difícil demais fabricá-lo para viabilizar esta e outras aplicações, como uma muito sonhada eletrônica de diamante.

Diamano

O que distingue o diamante do grafeno é a configuração das ligações entre os átomos de carbono. No diamante, os átomos de carbono são fortemente ligados em todas as direções, criando um material extremamente duro com propriedades elétricas, térmicas, ópticas e químicas extraordinárias. No grafite dos lápis e dos lubrificantes, os átomos de carbono são organizados como uma pilha de folhas, cada folha individual sendo grafeno.

Recentemente foi sintetizada uma nova forma de carbono dura como pedra e elástica como borracha.
[Imagem: Timothy Strobel]

Em cada folha individual, o grafeno é formado por fortes ligações carbono-carbono (C-C), mas as ligações fracas entre as folhas são facilmente quebradas e, em parte, explicam por que a ponta do lápis é tão macia. A criação de ligações fortes entre as camadas de grafeno forma um material 2D, semelhante aos filmes finos de diamante, conhecidos como diamano, com muitas características tecnologicamente interessantes.

As tentativas de produzir o material artificialmente até agora tentavam imitar os processos de altíssimas temperatura e pressão nas quais os diamantes são formados no interior da Terra.

Bakharev desenvolveu uma técnica que consiste na exposição de bicamadas de grafeno a uma atmosfera de flúor (F), mais especificamente, de vapores de difluoreto de xenônio (XeF₂). O resultado são grandes áreas de F-diamano, ou diamante fluorado monocamada, um material similar ao diamante com ligações intercamadas e átomos de flúor por fora - tudo sem precisar das altas pressões.

"Este método simples de fluoração funciona em temperatura próxima à ambiente e sob baixa pressão, sem o uso de plasma ou qualquer mecanismo de ativação a gás, reduzindo assim a possibilidade de criação de defeitos," disse Bakharev.

Outra vantagem é que o F-diamano pode ser facilmente descolado da superfície metálica (CuNi) onde ele é fabricado. Isso, juntamente com a fabricação de amostras grandes que a técnica permite, facilitará os testes do material com vistas à sua utilização prática.

Mais tópicos