Tecnologia Científica

Matrizes de nanotubos de carbono sem litografia: a maneira simples de fazer crescer um exército de minúsculos super-heróis
Pesquisadores na Austrália e na China encontraram uma maneira mais barata e fácil de organizar grandes grupos de nanotubos de carbono, potencialmente abrindo muitos novos caminhos para seu uso por mais cientistas em todo o mundo.
Por ARC Center of Excellence in Exciton Science - 15/11/2021


Um microscópio no Laboratório de Nanociências da Universidade de Melbourne. Crédito: Gavan Mitchell e Michelle Gough, Universidade de Melbourne

Os nanotubos de carbono são um dos segredos mais bem guardados da ciência.

Esses minúsculos materiais feitos pelo homem possuem propriedades extraordinárias - são o material mais escuro que os humanos podem criar, absorvem a luz tão bem que podem produzir energia térmica e são capazes de imitar a natureza para ajudar o corpo a combater bactérias.

Pesquisadores na Austrália e na China encontraram uma maneira mais barata e fácil de organizar grandes grupos de nanotubos de carbono, potencialmente abrindo muitos novos caminhos para seu uso por mais cientistas em todo o mundo.

Os nanotubos de carbono geralmente crescem na superfície de um material usando um processo químico envolvendo uma fonte de carbono e catalisadores de metal em nanoescala, como ferro, níquel e cobalto.

Um plasma de descarga luminescente é usado para fazer crescer os nanotubos verticalmente e em posição autônoma para formar uma floresta nanoscópica.

Padrões de nanotubos predefinidos requerem um modelo de catalisador. Freqüentemente, a criação de tais modelos envolve um processo caro e complicado chamado litografia.

A litografia é justificável em indústrias altamente sofisticadas como a microeletrônica, mas alternativas mais acessíveis são necessárias para aplicações em larga escala e de baixa tecnologia.

Agora, os cientistas demonstraram uma alternativa para montar e alinhar coleções poderosas de nanotubos de carbono sem a necessidade de litografia.

A equipe está baseada na South China Normal University, no ARC Centre of Excellence in Exciton Science e no Doherty Institute na University of Melbourne. Sua pesquisa foi publicada na revista Nanotechnology.

Dr. Eser Akinoglu disse: "Queremos usar os nanotubos de carbono para revestir implantes médicos e imitar as propriedades antibacterianas das asas dos insetos, para ter uma estrutura mecânica que pode matar bactérias e, esperançosamente, ao mesmo tempo promover o crescimento das células ósseas ( osteoblastos).

"A ideia principal é imitar as estruturas das asas dos insetos que matam as bactérias por meio de ação mecânica, sem o envolvimento de antibióticos químicos."

Os pesquisadores contaram com um processo de "desparafinação" para organizar as partículas do catalisador de níquel de uma maneira particular. A desidratação ocorre quando o fluido, neste caso um metal fundido , é retraído de uma superfície.

As ilhas de metal então se formam quando o calor é aplicado a uma fina película de metal em uma camada de nanoesferas de sílica, que atua como um modelo para criar um arranjo exato de ilhas de níquel em nanoescala.

O diâmetro das partículas de sílica determina o "passo" do arranjo hexagonal do nanotubo, enquanto a espessura do filme de metal influencia a largura das ilhas de níquel, que por sua vez determina a largura dos nanotubos de carbono.

Finalmente, o comprimento dos nanotubos é simplesmente decidido por quanto tempo eles podem crescer.

Ao adotar essa abordagem, todos os parâmetros geométricos dos nanotubos podem ser escolhidos sem a necessidade de litografia cara.

"Normalmente, você precisaria usar litografia para fazer um modelo", disse Eser.

"Isso poderia ser com luz, raios-X ou feixes de elétrons. O que fazemos aqui elimina a necessidade de tudo isso. É uma maneira muito mais fácil de fazer crescer esses nanotubos de carbono em padrões periódicos e predefinidos. É a primeira vez que matrizes periódicas de carbono nanotubos foram cultivados sem uma etapa litográfica. "

Os nanotubos de carbono resultantes repelem água e se assemelham a estruturas semelhantes encontradas na natureza, o que significa que poderiam ajudar a criar dispositivos biomiméticos - ferramentas que resolvem problemas complexos imitando coisas encontradas no mundo natural.

Apenas um exemplo é o "efeito de lótus", no qual a capacidade de uma planta de se auto-limpar é determinada pelas nanoestruturas dentro de suas folhas.

Os pesquisadores agora tentarão descobrir se os arranjos de nanotubos de carbono podem de fato matar as bactérias que ameaçam os implantes médicos.

 

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