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#acessibilidade A imagem apresenta a estrutura hexagonal das camadas de grafeno.
Texto escrito pela colaboradora Caroline Santos
Ironicamente ou não, o mundo “nano” (um bilhão de vezes menor que um metro) vem crescendo! A nanociência e a nanotecnologia vêm ganhando forma e se apresentando nos mais variados campos, mas sem dúvidas um dos grandes representantes desse grupo é o grafeno!
Oficialmente descoberto por um grupo de pesquisadores da Universidade de Manchester em 2004 (detalhes desta descoberta foram publicados aqui no blog), o material já era conhecido há décadas, mas apenas como uma teoria para explicar as formas alotrópicas do carbono. Foi só em 2004, ao isolar uma folha de grafeno, que passamos a conhecer suas propriedades.
O grafeno é composto por uma monocamada bidimensional (2D) de carbono e organizado em estruturas hexagonais formando um dos materiais mais resistentes existentes na natureza apresentando condutividade térmica e elétrica maior que outros materiais e uma área superficial maior que a do grafite. Mas uma das propriedades mais intrigantes do grafeno é sua supercondutividade.
Em 2018, pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) descobriram o comportamento supercondutor ao rotacionar folhas de grafeno, precisamente, a um ângulo de 1,1°. Mas até o momento, tal comportamento ainda não foi explicado.
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Feitas as devidas apresentações, vamos ao protagonista de hoje: o nanoscópio.
O equipamento em questão foi desenvolvido por um grupo de cientistas da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). O equipamento permitiu a observação, em escala nanométrica, da estrutura do grafeno, em especial, de seu comportamento vibracional e elétrico de uma forma que nenhum outro equipamento foi capaz.
Como explica o coordenador do projeto e professor da UFMG Ado Jorio, ao rotacionar uma folha de grafeno em graus inferiores a 1°, é possível observar uma instabilidade em sua estrutura, que tende a retornar ao seu estado em equilíbrio e formar regiões triangulares que podem ser observadas pelo nanoscópio. Esse comportamento está ligado às propriedades do grafeno e pode auxiliar na compreensão do comportamento supercondutor que o material adquire ao ter suas camadas precisamente rotacionadas em 1,1°.
Esse processo rotacional de bicamadas está inserido no campo da twistrônica, que também já foi apresentado aqui no blog. De forma simplificada, a twistrônica se refere ao processo de rotacionar, em graus precisos, camadas bidimensionais de materiais ultrafinos de forma a identificar e manipular as propriedades da matéria e estabelecer novos fenômenos físicos.
E é aí que o nanoscópio ganha seu protagonismo! O equipamento permite a observação de estruturas cristalográficas de nanomateriais de uma maneira que nenhum outro equipamento óptico é capaz, tudo graças ao uso de uma nanoantena capaz de gerar imagens em escalas nanométricas das amostras, permitindo assim análises mais detalhadas.
No artigo publicado pela revista científica Nature, o nanoscópio foi utilizado para o estudo atômico, vibracional e eletrônico das camadas de grafeno, mas como afirma o pesquisador Ado Jorio, o equipamento tem potencial para ser utilizado para o entendimento de diferentes estruturas e possui grande potencial de aplicação à engenharia de nanomateriais supercondutores nos mais diferentes campos, pois possibilita a observação e manipulação de propriedades do material de uma forma nunca antes vista, ou como ilustra o pesquisador: “Mudar do microscópio para o nanoscópio é como mudar do olho nu para o microscópio, um ganho de resolução de mil vezes”.
Após 15 anos, e sendo fruto de um trabalho interdisciplinar dos grupos de pesquisa da UFMG, o protótipo comercial do nanoscópio vem sendo desenvolvido e possui, até o momento, nove patentes, incluindo Brasil, China, Europa e Estados Unidos, possibilitando sua aplicação na indústria em um futuro próximo.
Fontes:
Fonte da imagem destacada: Imagem de seagul por Pixabay
Imagem 1: Andreij Gadelha, acervo UFMG
<https://exame.com/ciencia/nanoscopio-brasileiro-para-estudo-do-grafeno-e-nova-capa-da-nature-veja/>
<https://www.sbpmat.org.br/pt/tag/grafeno/>
Para saber mais:
Vídeo COLLOQUIUM DIEI – NANOSCÓPIO: DA RECONSTRUÇÃO EM BICAMADAS DE GRAFENO À INOVAÇÃO (02/10/2020) do canal IFSC USP no YouTube
[:en]
#accessibility The image shows the hexagonal structure of the graphene layers.
Text written by our collaborator Caroline Santos
Paradoxical as it may sound, the “nano” world (one billionth of a meter) has been growing! Nanoscience and nanotechnology are taking shape and appearing in the most varied fields, but beyond doubts one of the greatest representatives of this group is the graphene!
Officially discovered by a group of researchers from the University of Manchester in 2004 (details of this discovery were published here on the blog), the material was known decades ago, but only as a theory to explain the allotropic forms of carbon. It was only in 2004, isolating a sheet of graphene, that we started to know its properties.
Graphene is composed of a two-dimensional (2D) carbon layer organized in hexagonal structures, forming one of the most resistant materials found in nature presenting a high thermical and eletrical conductivity than other materials and a surface area greater than graphite. But the outstanding property lies in its superconductivity.
It was only in 2018, that researchers at the Massachusetts Institute of Technology (MIT) discovered the graphene superconducting behavior by, precisely, rotating its layers by 1,1°. But so far, such behavior has not been explained yet.
So, done with the presentations, let’s move to today’s protagonist: the nanoscope.
The equipment in question was developed by a group of scientists from the Federal University of Minas Gerais (UFMG) in Brazil and it lit up details of the graphene structure, in particular, its vibrational and electrical behavior, in a nanometric scale, like no other equipment was capable of.
As explained by the project coordinator and professor at UFMG Ado Jorio, when rotating a graphene layer, in degrees below 1°, it is possible to observe an instability in its structure, which tends to return to its equilibrium state and form triangular regions, that can be seen through the nanoscope. Once these regions are connected to the properties of the material itself, it may point the way to the understanding of its superconducting behavior.
This layers “twist” system is part of the so-called twistronics. In simple terms, twistronics is the study of the rotation, in precise degrees, of two-dimensional (2D) layers of ultrafine materials in order to identify and manipulate the properties of matter and establish new physical phenomena.
And that’s where the nanoscope takes its place! With the use of a nanoantenna, the equipment can produce an image, in nanometric scale, that allows the observation of crystallographic structures in a way that no other optical equipment is capable of, allowing more detailed analysis of the samples.
At the article published by the scientific journal Nature, the nanoscope was used for the atomic, vibrational and electronic study of graphene layers, but as stated by researcher Ado Jorio, the equipment has the potential to be used to understand different structures and has great potential for application the engineering of superconducting nanomaterials in the most different fields, as it allows the observation and manipulation of material properties in a way never seen before, or as the researcher illustrates: “Changing from the microscope to the nanoscope is like changing from the naked eye to the microscope, a resolution gain of a thousand times”.
After 15 years, and as a result of interdisciplinary work by UFMG research groups, the commercial prototype of the nanoscope has been developed and has, to date, nine patents including Brazil, China, Europe and the United States, enabling its application in the industry in the near future.
Sources:
Featured image: Image from seagul by Pixabay
Image 1: Andreij Gadelha, UFMG collection
<https://exame.com/ciencia/nanoscopio-brasileiro-para-estudo-do-grafeno-e-nova-capa-da-nature-veja/>
<https://www.sbpmat.org.br/pt/tag/grafeno/>
<https://periodicos.set.edu.br/exatas/article/download/2778/1617/>
Learn more:
Video COLLOQUIUM DIEI – NANOSCÓPIO: DA RECONSTRUÇÃO EM BICAMADAS DE GRAFENO À INOVAÇÃO (02/10/2020) from channel IFSC USP on YouTube
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