Vassoura nanotecnológica varre átomos para limpar grafeno

Redação do Site Inovação Tecnológica - 21/04/2020

A nanovassoura limpa o grafeno e outros materiais monoatômicos.
[Imagem: Peter Schweizer et al. - 10.1038/s41467-020-15255-3]

Vassoura nanotecnológica

Fabricar coisas em nanoescala - ou "de baixo para cima", montando átomos e moléculas - é complicado porque há átomos e moléculas por toda parte, de modo que partículas indesejáveis estão sempre se misturando ao material com que se está trabalhando.

Peter Schweizer, da Universidade Erlangen-Nuremberg, na Alemanha, ficou incomodado com isto e decidiu criar uma "vassoura nanotecnológica", uma ferramenta que permite limpar as superfícies de camadas monoatômicas, como o grafeno.

A técnica remove mesmo os menores contaminantes até a escala atômica, alcançando um nível sem precedentes de limpeza.

A inspiração para a técnica veio mesmo dos rodos e vassouras usados para limpeza no dia a dia. Em nanoescala, contudo, não é preciso usar uma vassoura inteira, uma única cerda é suficiente. E a cerda é metálica, na forma de uma ponta similar às usadas nos microscópios eletrônicos de varredura, cuja extremidade pode chegar a ser tão fina quanto um único átomo.

Essa "cerda" é pressionada contra a superfície e movida para frente e para trás, em um movimento de varrição. O movimento não é controlado por um cabo de vassoura, mas por um joystick que, por sua vez, controla um pequeno motor piezoelétrico. E a qualidade da limpeza é cuidadosamente monitorada, em tempo real, por um microscópio eletrônico.

"Um grande desafio foi limpar o grafeno de ambos os lados, semelhante à limpeza de um vidro de janela," contou Schweizer. "Com nossos microscópios eletrônicos, nós tivemos que ficar olhando através do material. Caso contrário, é impossível revelar a estrutura atômica."

Micrografias do grafeno sujo e depois de limpo.
[Imagem: Peter Schweizer et al. - 10.1038/s41467-020-15255-3]

Sujeira atômica

Deixar as superfícies atomicamente limpas permitiu que os pesquisadores explorassem as origens e os mecanismos de recontaminação em nanoescala. E tudo se parece bem com o modo como a poeira sempre suja nossas casas: Deixar uma amostra de grafeno limpa no ar leva ao rápido acúmulo de átomos indesejados em sua superfície.

Além da contaminação aérea, a equipe também encontrou uma prevalência da "difusão superficial" quando um material limpo é colocado em um ambiente de vácuo - é um fenômeno recorrente em experimentos científicos e que sempre atrapalha a precisão dos resultados.

Mas a equipe também conseguiu usar suas amostras superlimpas para fazer o que queriam, ou seja, criar materiais atomicamente finos com composição pura. Para testar, eles depositaram sobre o grafeno uma fina camada molecular de porfirina, o que permitiu criar uma monocamada com estrutura nanocristalina sobre o grafeno.

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