Artigo em destaque: Vibrações de nanotubos manipulados.


O artigo científico com participação de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste mês é:  Strain Discontinuity, Avalanche, and Memory in Carbon Nanotube Serpentine Systems. Muessnich, Lucas C. P. A. M.; Chacham, Helio; Soares, Jaqueline S.; Neto, Newton M.; Shadmi, Nitzan; Joselevich, Ernesto; Cancado, Luiz Gustavo; Jorio, Ado. Nano Lett. 2015, 15 (9), pp 5899–5904. DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b01982

Vibrações de nanotubos manipulados.

Cientistas de instituições brasileiras, em colaboração com pesquisadores de Israel, “manipularam” nanotubos de carbono de 1 nm de diâmetro depositados em cima de superfícies de quartzo e analisaram as deformações e deslocamentos produzidos por essa nanointervenção. A equipe identificou alguns padrões de comportamento do sistema nanotubos – quartzo e formulou um modelo matemático aplicável a sistemas formados por materiais uni e bidimensionais sobre diversos substratos. Os resultados do trabalho foram recentemente publicados no prestigioso periódico científico Nano Letters.

Para realizar os experimentos, os pesquisadores brasileiros usaram amostras idealizadas e produzidas no Instituto Weizmann de Ciência (Israel), nas quais os nanotubos são serpentiformes (compostos por segmentos paralelos entre si conectados por curvas em forma de “U”). Essas amostras ofereceram aos cientistas uma desejável complexidade, propiciada tanto pelo formato dos nanotubos, quanto pelo caráter anisotrópico do quartzo, que faz com que a adesão dos nanotubos ao substrato não seja a mesma em todos os pontos.

Para “manipular” o sistema, os pesquisadores utilizaram a ponta de um microscópio de força atômica (AFM) construído no próprio laboratório, que permite mudar a posição de partículas nanométricas e até mesmo de átomos, e medir, in situ, o espectro óptico das nanoestruturas. Em cada amostra, a ponta era encostada em um ponto do substrato de quartzo e empurrada em direção ao nanotubo, para então proceder à análise óptica.

Antes e depois da nanomanipulação, os cientistas analisaram uma série de pontos dos nanotubos usando a técnica de espectroscopia Raman, que fornece informação sobre a frequência em que os átomos vibram na área que está sendo estudada. Mais precisamente, os pesquisadores focaram as atenções na frequência da chamada “banda G”, que é usada para inferir as medidas de deformação (strain) de um ponto analisado, desde que as mudanças na frequência da banda G são proporcionais às mudanças na deformação.

Dessa maneira, os cientistas puderam identificar e analisar diferentes comportamentos dos nanotubos frente à nanomanipulação, como, por exemplo, o desprendimento do substrato e o intenso deslocamento de um trecho completo de um nanotubo que recebera duas manipulações no mesmo ponto.

Além de realizarem o trabalho experimental, os autores do artigo da Nano Letters conseguiram condensar a complexidade dos comportamentos observados num modelo matemático (uma equação) capaz de explicá-los teoricamente e de predizer esses fenômenos em sistemas similares.  “O artigo propõe um modelo relativamente simples para descrever efeitos complexos da adesão de nanoestruturas em matrizes de suporte”, diz Ado Jório, professor do Departamento de Física da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) que assina a letter como autor correspondente.

A pesquisa que deu origem ao artigo da Nano Letters foi desenvolvida dentro dos trabalhos de mestrado, doutorado e pós-doutorado de três dos autores da letter, no contexto da Rede Brasileira de Pesquisa e Instrumentação em NanoEspectroscopia Optica, um projeto financiado pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e coordenado por Ado Jório. “Este é o resultado de um amplo projeto de instrumentação científica, para chegarmos ao nível de manipular nanoestruturas e medir, com precisão, o efeito deste processo na escala nanométrica”, diz Jorio.

A figura mostra um dos 34 nanotubos serpentiformes sobre substrato de quartzo cristalino estudados pelos autores do artigo. À esquerda de quem olha, o nanotubo antes da manipulação. À direita, na sequência, o mesmo nanotubo depois da intervenção, com a deformação consequente evidenciada. O segmento central do nanotubo, onde ocorreu a nanomanipulação, foi colorizado, os tons de cinza indicando a frequência da banda G naquele local. Finalmente, mais à direita, o gráfico que exibe a frequência de banda G medida por espectroscopia Raman em pontos sucessivos desse nanotubo (representação gráfica dos tons de cinza): os círculos pretos se referem ao nanotubo não manipulado e os de cor cinza, ao manipulado.