Artigo em destaque: Nanofolhas e nanopartículas interconectadas para a eletrônica vestível.


O artigo científico com participação de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste mês é: Self-Assembled and One-Step Synthesis of Interconnected 3D Network of Fe3O4/Reduced Graphene Oxide Nanosheets Hybrid for High-Performance Supercapacitor Electrode. Rajesh Kumar, Rajesh K. Singh, Alfredo R. Vaz, Raluca Savu, Stanislav A Moshkalev. ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES. 2017, 9, 8880 – 8890. DOI: 10.1021/acsami.6b14704.

Nanofolhas e nanopartículas interconectadas para a eletrônica vestível

Uma equipe de pesquisadores da Unicamp e um cientista da Universidade Central de Himachal Pradesh (UCHP), da Índia, desenvolveram um supercapacitor flexível, de pequenas dimensões e alto desempenho, feito de um material híbrido composto por nanofolhas de óxido de grafeno (GO) e nanopartículas de óxido de ferro (Fe3O4). O trabalho foi recentemente reportado no periódico Applied Materials & Interfaces (fator de impacto 7,145), da American Chemical Society.

“A principal contribuição deste trabalho é para a nova e realmente promissora área de pesquisa em eletrônica flexível”, diz Rajesh Kumar, pesquisador no Centro de Componentes Semicondutores (CCS) da Unicamp e autor correspondente do artigo. “Como os capacitores estão entre os componentes principais dos dispositivos eletrônicos, estes microsupercapacitores baseados em óxido de grafeno eficientes e flexíveis podem ser usados, em um futuro próximo, como componentes de dispositivos eletrônicos flexíveis e vestíveis (celulares, relógios inteligentes, dispositivos para monitoramento da saúde e para armazenamento de energia etc.) ”, completa o pesquisador indiano.

A gênese do trabalho remonta a 2015, quando Rajesh Kumar, que vinha trabalhando com microsupercapacitores de óxido de grafeno em outros países, candidatou-se a uma bolsa de pós-doutorado para trabalhar no grupo do professor Stanislav Moshkalev, diretor do CCS – Unicamp. “Enxerguei uma grande oportunidade nesse grupo, desde que sua principal linha de pesquisa é nanofabricação e nanoeletrônica baseada em carbono nanoestruturado”, relata Kumar. O indiano conseguiu financiamento do CNPq, na modalidade de especialista visitante, para realizar um projeto no CCS – Unicamp. Inicialmente, fabricou umas finas folhas de óxido de grafeno chamadas buckypapers. Depois, trabalhando em interação com mais 5 pessoas do CCS – Unicamp, Kumar buscou novas estratégias para melhorar as propriedades do material.

A equipe da Unicamp encarou, então, o desafio de fabricar um material híbrido de grafeno e óxido de ferro de estrutura controlada por meio de um processo que não fosse complexo como os reportados na literatura científica. Os cientistas conseguiram fazê-lo mediante a simples exposição de óxido de grafite e cloreto férrico (FeCl3) à radiação de micro-ondas.

Imagem MEV do material híbrido tridimensional Fe3O4/rGO (esquerda) e esquema representativo da morfologia do material (direita).
Imagem MEV do material híbrido tridimensional Fe3O4/rGO (esquerda) e esquema representativo da morfologia do material (direita).

O material obtido apresentou uma interessante morfologia: uma rede tridimensional, na qual nanofolhas de grafeno interconectadas formam “túneis” que albergam nanopartículas de óxido de ferro cristalinas e multifacetadas, de 50 a 200 nm, fortemente anexadas às nanofolhas, como mostra a figura ao lado.

A morfologia, estrutura, composição, estabilidade térmica e outras propriedades foram analisadas usando diversas técnicas disponíveis no CCS – Unicamp e na universidade indiana.

Posteriormente, na Unicamp, a equipe testou a eficiência do material para atuar no armazenamento de eletricidade. Os testes demonstraram o alto desempenho do material como eletrodo de supercapacitor. Os cientistas concluíram que a especial morfologia deste material híbrido (particularmente, as nanopartículas facetadas que grudam bem nas nanofolhas, a separação entre as nanofolhas, os “túneis” que albergam as nanopartículas individualmente evitando aglomerações e a grande área superficial da rede de nanofolhas interconectadas) favoreceu o desempenho do material nessa aplicação.

“Estes microsupercapacitores poderão substituir, e certamente o farão, os capacitores tradicionais em dispositivos eletrônicos”, afirma Kumar. De acordo com o pesquisador, suas vantagens principais são a alta performance, resistência mecânica, tamanho reduzido e, principalmente, flexibilidade – uma propriedade essencial para a eletrônica vestível.

Além disso, o método desenvolvido pela equipe da Unicamp e UCHP pode se tornar uma boa alternativa para fabricar outros materiais híbridos baseados em carbono e óxidos metálicos.

O trabalho foi realizado com apoio financeiro do CNPq e FAPESP.

Fotos dos autores do artigo. A partir da esquerda do leitor, Rajesh Kumar (Unicamp), Rajesh Kumar Singh (CUHP), Alfredo Vaz (Unicamp), Raluca Savu (Unicamp) e Stanislav Moshkalev (Unicamp).
Fotos dos autores do artigo. A partir da esquerda do leitor, Rajesh Kumar (Unicamp), Rajesh Kumar Singh (UCHP), Alfredo Vaz (Unicamp), Raluca Savu (Unicamp) e Stanislav Moshkalev (Unicamp).