Cientistas de materiais descobriram um modo de aplicar a milenar arte do kirigami - a construção de estruturas complexas cortando e dobrando papel - ao grafeno, o material-maravilha. O experimento demonstra que ondas em uma folha de grafeno podem aumentar a resistência de dobra do material muito mais do que deveria - uma descoberta que pode levar à criação de novos tipos de sensores, eletrodos esticáveis ou ferramentas para nanorrobótica.
O grafeno é feito de uma única camada de grafite, um mineral natural que possui uma estrutura em camadas. O material, produzido pela primeira vez em laboratório em 2003, tem propriedades elétricas, térmicas e mecânicas impressionantes, o que lhe dá potencial para ser usado em diversas áreas, desde novos aparelhos eletrônicos até aditivos em tintas e plásticos.
O promissor material é feito de átomos de carbono montados em séries de hexágonos interconectados. Ele é feito separando as camadas do grafite no que os cientistas chamam de método "cima-baixo" (onde se pega algo grande e se diminui). Isso pode ser feito com fita adesiva, reagentes químicos ou mesmo com força bruta, tipo as geradas em uma batedeira ou processador de cozinha. Apesar de soar bem simples, não é um jeito viável de se criar folhas grandes de grafeno.
Para esse fim, é necessário um método "baixo-cima", onde o grafeno é montado com a decomposição de uma molécula com carbono na estrutura, como o gás metano, sobre uma superfície quente de metal, geralmente cobre. Essa é a técnica que os pesquisadores desse novo estudo usado para produzir uma folha de grafeno que pode ser manipulada com uma versão do kirigami.
Arte e Ciência
O Kirigami (Kiri = cortar, gami = papel) é uma forma de origami (ori = dobrar) que vem sendo praticada há séculos na produção de padrões e formas lindamente complexos. Muitos de nós devem ter experimentado essas técnicas na infância, fazendo bonecos de mãos dadas com papel dobrado.
Os pesquisadores usaram placas de ouro como "cabos" para amassar uma folha de grafeno como papel, um processo facilmente reversível. Como o papel, o grafeno se dobra e se amassa, mas não estica.
Através de uma técnica de medida sofisticada, onde um laser infravermelho é usado para aplicar pressão sobre a placa de ouro no grafeno, é possível medir a deformação da folha. Amassar o grafeno aumenta suas propriedades mecânicas, do mesmo jeito que uma folha de papel amassada é mais rígida que uma lisa.
Na verdade, foram essas semelhanças mecânicas que permitiram que os pesquisadores traduzissem as ideias diretamente do modelo de papel para o grafeno. Usando a fotolitografia, uma técnica de transferência de formas geométricas de um molde para uma superfície, a equipe mostrou que é possível criar várias molas, dobradiças e até transistores de grafeno que podem ser esticados.
Robótica de Controle Remoto?
A pesquisa abriu as portas para a manipulação de folhas bidimensionais de grafeno para criar novas estruturas matérias com partes móveis. Transistores flexíveis são uma ideia extremamente interessante, já que cada dia há mais demanda por eletrônicos flexíveis.
Quando se estica um material, o normal é que sua resistência elétrica mude. No caso dos transistores flexíveis criados no estudo, uma mola de grafeno é colocada entre uma fonte de energia e um eletrodo de drenagem. Quando esticada a duas vezes o tamanho original, nenhuma mudança visível ocorreu nas propriedades elétricas. Esticar e contrair repetidamente a mola também não gerou nenhum efeito.
A habilidade de manter a propriedade elétrica do grafeno vem de sua estrutura molecular, que quase não se altera quando a mola é esticada. Foi até possível levar os aparelhos de kirigami para o próximo nível ao mexer e dobrar o grafeno sem contato direto. Por exemplo, ao substituir as placas de ouro com um material ferromagnético, como o ferro, foi possível manipular as folhas com um campo magnético, assim criando movimentos complexos como torções. Essa técnica pode ser usada para criar dispositivos que respondem a luz, temperatura ou magnetismo.
O conceito de se manipular materiais bidimensionais para gerar estruturas complexas nas escalas macro, micro e nano é muito empolgante. Ser capaz de criar novos metamateriais, concebidos para ter propriedades que não se costuma encontrar na natureza, abriria caminho para muitos tipos novos de ferramentas. Dentre eles, novos sensores, eletrodos para uso em robótica ou mesmo nanomanipuladores, pequenas máquinas que podem mover objetos com precisão nanométrica.
Eletrodos flexíveis permitiriam aparelhos eletrônicos altamente moldáveis e sensores que poderiam ser incorporados a pele e carne sintética, como em robôs ou membros artificiais, sem sacrificar sua funcionalidade. Dá até para imaginá-los sendo usados em roupas inteligentes que monitorem o estado de uma pessoa em tempo real - o ápice da saúde pessoal.
Fonte: IFLScience
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