{"id":6199,"date":"2017-10-31T15:50:04","date_gmt":"2017-10-31T18:50:04","guid":{"rendered":"http:\/\/sbpmat.org.br\/?p=6199"},"modified":"2017-11-07T15:38:58","modified_gmt":"2017-11-07T18:38:58","slug":"artigo-em-destaque-rumo-ao-diamante-bidimensional","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/artigo-em-destaque-rumo-ao-diamante-bidimensional\/","title":{"rendered":"Artigo em destaque: Rumo ao diamante bidimensional."},"content":{"rendered":"

O artigo cient\u00edfico com participa\u00e7\u00e3o de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste m\u00eas \u00e9: Raman evidence for pressure-induced formation of diamondene<\/em><\/strong>.<\/em> Luiz Gustavo Pimenta Martins, Matheus J. S. Matos, Alexandre R. Paschoal, Paulo T. C. Freire, Nadia F. Andrade, Acr\u00edsio L. Aguiar, Jing Kong, Bernardo R. A. Neves, Alan B. de Oliveira, M\u00e1rio S.C. Mazzoni, Antonio G. Souza Filho, Luiz Gustavo Can\u00e7ado. Nature Communications 8, Article number: 96 (2017). DOI:10.1038\/s41467-017-00149-8. Dispon\u00edvel em: https:\/\/www.nature.com\/articles\/s41467-017-00149-8<\/a><\/p>\n

Rumo ao diamante bidimensional<\/strong><\/p>\n

Materiais bidimensionais, aqueles cuja espessura vai de um \u00e1tomo at\u00e9 alguns poucos nanometros, possuem propriedades \u00fanicas ligadas \u00e0 sua dimensionalidade e s\u00e3o protagonistas do desenvolvimento da nanotecnologia e da nanoengenharia.<\/p>\n

Uma equipe de cientistas de cinco institui\u00e7\u00f5es brasileiras e uma estadunidense deu um passo importante no desenvolvimento, ainda incipiente, da vers\u00e3o bidimensional do diamante. Esse trabalho sobre diamante 2D foi reportado em artigo<\/a> publicado na Nature Communications (fator de impacto 12,124) com acesso aberto.<\/p>\n

\u201cNosso trabalho apresentou uma evid\u00eancia espectrosc\u00f3pica da forma\u00e7\u00e3o de um diamante bidimensional, ao qual demos o nome de diamondeno\u201d, destaca Luiz Gustavo de Oliveira Lopes Can\u00e7ado<\/a>, professor da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) e autor correspondente do paper. Ao escolher o nome do novo material, os cientistas seguiram a tradi\u00e7\u00e3o de usar o sufixo \u201ceno\u201d para materiais bidimensionais, como ocorreu com o grafeno, vers\u00e3o 2D do grafite.<\/p>\n

\"box<\/a>Ali\u00e1s, foi a partir da compress\u00e3o de folhas de grafeno que o diamondeno foi obtido pela equipe liderada pelo professor Can\u00e7ado. Inicialmente, o time depositou duas camadas de grafeno uma em cima da outra e transferiu a bicamada de grafeno para um substrato de Teflon, escolhido por ser quimicamente inerte, impedindo a forma\u00e7\u00e3o de liga\u00e7\u00f5es com o grafeno.<\/p>\n

A amostra de grafeno bicamada sobre Teflon foi ent\u00e3o submetida a altas press\u00f5es e simultaneamente analisada por espectroscopia Raman no Laborat\u00f3rio de Espectroscopia Vibracional e Altas Press\u00f5es do Departamento de F\u00edsica da Universidade Federal do Cear\u00e1 (UFC). O sistema experimental utilizado foi uma c\u00e9lula de bigornas (anvil <\/em>em ingl\u00eas) de diamante com espectr\u00f4metro Raman acoplado. Esse equipamento permite aplicar altas press\u00f5es a pequenas amostras que se encontram imersas em um meio transmissor da press\u00e3o (neste caso, \u00e1gua). A press\u00e3o \u00e9 aplicada atrav\u00e9s de duas pe\u00e7as de diamante (material escolhido por ser um dos mais duros e resistentes \u00e0 compress\u00e3o), as quais comprimem o meio transmissor, que repassa a press\u00e3o para a amostra. Ao mesmo tempo, o espectr\u00f4metro permite monitorar as mudan\u00e7as que ocorrem na estrutura do material da amostra frente \u00e0s diversas press\u00f5es aplicadas. \u201cNa espectroscopia Raman, a luz se comporta como uma sonda que mede estados vibracionais do material\u201d, explica Can\u00e7ado. Como resultado da sondagem, o espectr\u00f4metro gera gr\u00e1ficos (espectros), por meio dos quais \u00e9 poss\u00edvel identificar a estrutura do material que est\u00e1 sendo estudado.<\/p>\n

Analisando os espectros, a equipe de cientistas observou mudan\u00e7as no material bidimensional que indicaram a transi\u00e7\u00e3o de uma estrutura de grafeno para uma estrutura de diamante. Os pesquisadores puderam concluir que o diamondeno foi obtido a uma press\u00e3o de 7 gigapascals (GPa), valor dezenas de milhares de vezes superior ao da press\u00e3o atmosf\u00e9rica. \u201cA evid\u00eancia que apresentamos nesse trabalho \u00e9 uma assinatura no espectro vibracional obtido a partir de um material de carbono bidimensional que indica a presen\u00e7a de liga\u00e7\u00f5es do tipo sp3<\/sup>, t\u00edpicas da estrutura do diamante\u201d, precisa o professor Can\u00e7ado.<\/p>\n

Para explicar a forma\u00e7\u00e3o do diamondeno, a equipe acudiu a c\u00e1lculos de primeiros princ\u00edpios seguindo a Teoria do Funcional da Densidade e simula\u00e7\u00f5es de Din\u00e2mica Molecular. \u201cForam esses resultados te\u00f3ricos que guiaram os experimentos e permitiram o entendimento dos resultados experimentais\u201d, diz Can\u00e7ado.<\/p>\n

\"Esquema<\/a>
Esquema do mecanismo de forma\u00e7\u00e3o do diamondeno a partir de duas camadas de grafeno submetidas a altas press\u00f5es (setas azuis) em \u00e1gua como meio transmissor de press\u00e3o. As bolas de cor cinza representam os \u00e1tomos de carbono; as vermelhas, os \u00e1tomos de oxig\u00eanio, e as azuis, os \u00e1tomos de hidrog\u00eanio.<\/figcaption><\/figure>\n

De acordo com os resultados te\u00f3ricos, quando o sistema de grafeno bicamada sobre substrato inerte com \u00e1gua como meio transmissor de press\u00e3o \u00e9 submetido a altas press\u00f5es, as dist\u00e2ncias entre os elementos do sistema diminuem e ocorrem novas liga\u00e7\u00f5es entre eles. \u201cAo se aplicar esse n\u00edvel de press\u00e3o sobre o grafeno, o mesmo pode ter suas liga\u00e7\u00f5es modificadas, passando da configura\u00e7\u00e3o sp2<\/sup> para a configura\u00e7\u00e3o sp3<\/sup>\u201d, explica o professor Can\u00e7ado. Os \u00e1tomos de carbono da camada superior de grafeno passam ent\u00e3o a estabelecer liga\u00e7\u00f5es covalentes com quatro \u00e1tomos vizinhos: os \u00e1tomos da camada inferior e os grupos qu\u00edmicos oferecidos pela \u00e1gua (OH–<\/sup> e H). Estes \u00faltimos s\u00e3o fundamentais para estabilizar a estrutura. Na camada inferior, em contato com o substrato inerte, a metade dos \u00e1tomos de carbono fica ligada a apenas tr\u00eas \u00e1tomos vizinhos. \u201cAs liga\u00e7\u00f5es pendentes d\u00e3o origem a abertura de gap na estrutura eletr\u00f4nica, e tamb\u00e9m a bandas de spin polarizado\u201d, acrescenta Can\u00e7ado.<\/p>\n

Essa caracter\u00edstica faz do diamondeno um material promissor para o desenvolvimento da spintr\u00f4nica (vertente emergente da eletr\u00f4nica na nanoescala que se baseia no aproveitamento do spin). De acordo com Can\u00e7ado, o diamondeno tamb\u00e9m poderia ser utilizado em computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica, sistemas micro-eletromec\u00e2nicos (MEMS), supercondutividade, eletrodos para tecnologias relacionadas \u00e0 eletroqu\u00edmica, substratos para engenharia de DNA e biossensores – \u00a0aplica\u00e7\u00f5es nas quais filmes finos de diamante j\u00e1 provaram ter bom desempenho.<\/p>\n

Entretanto, ainda h\u00e1 um longo caminho a percorrer at\u00e9 demonstrar as aplica\u00e7\u00f5es do diamondeno. Em primeiro lugar, porque o diamondeno apresentado no artigo se desmancha em condi\u00e7\u00f5es normais de press\u00e3o. Para superar essa limita\u00e7\u00e3o, o grupo do professor Can\u00e7ado na UFMG est\u00e1 montando um sistema experimental que permitir\u00e1 aplicar press\u00f5es muito maiores \u00e0s amostras, da ordem dos 50 GPa, e analisa-las por espectroscopia Raman. \u201cCom isso pretendemos produzir amostras est\u00e1veis de diamondeno, que permane\u00e7am sob essa forma mesmo depois de ter a press\u00e3o reduzida ao n\u00edvel de press\u00e3o ambiente\u201d, conta Can\u00e7ado.<\/p>\n

Al\u00e9m disso, como a espectroscopia Raman fornece evid\u00eancias indiretas da estrutura do material, seria necess\u00e1rio realizar medidas diretas do diamondeno para se conhecer em detalhe sua estrutura. \u201cAs t\u00e9cnicas mais promissoras neste caso seriam a difra\u00e7\u00e3o de raios X em fontes de luz sincrotron ou a difra\u00e7\u00e3o de el\u00e9trons\u201d, sugere Can\u00e7ado. \u201cO fator complicador nesse experimento \u00e9 a necessidade de se ter a amostra submetida a altas press\u00f5es\u201d, completa.<\/p>\n

Hist\u00f3ria do diamondeno \u00e9 brasileira<\/strong><\/p>\n

A ideia da forma\u00e7\u00e3o do diamante 2D surgiu na pesquisa de doutorado de Ana Paula Barboza<\/a>, realizada com orienta\u00e7\u00e3o do professor Bernardo Ruegger Almeida Neves e defendida em 2012 no Departamento de F\u00edsica da UFMG. Nesse trabalho, conta Can\u00e7ado, foram utilizadas pontas de microscopia de for\u00e7a at\u00f4mica (AFM) para se aplicar altas press\u00f5es sobre grafenos de uma, duas e v\u00e1rias camadas. Evid\u00eancias indiretas da forma\u00e7\u00e3o de um diamante bidimensional foram obtidas por meio de microscopia de for\u00e7a el\u00e9trica (EFM). O trabalho mostrou a import\u00e2ncia da presen\u00e7a de duas camadas de grafeno e de \u00e1gua para a forma\u00e7\u00e3o da estrutura bidimensional de tipo sp3<\/sup>. Os principais resultados da pesquisa foram reportados no artigo Room-temperature compression induced diamondization of few-layer graphene<\/em> [Advanced Materials 23, 3014-3017 (2011)].<\/p>\n

\"Autores<\/a>
Autores principais do artigo. \u00c0 esquerda, Luiz Gustavo Pimenta Martins (mestre pela UFMG e doutorando no MIT). \u00c0 direita, o professor Luiz Gustavo Can\u00e7ado (UFMG).<\/figcaption><\/figure>\n

\u201cA ideia de se medir o espectro Raman dos grafenos em condi\u00e7\u00f5es de altas press\u00f5es (utilizando c\u00e9lulas de diamante tipo anvil<\/em>) veio posteriormente, ap\u00f3s o Luiz Gustavo Pimenta Martins<\/a>, estudante de inicia\u00e7\u00e3o cient\u00edfica \u00e0 \u00e9poca, ter desenvolvido um m\u00e9todo bastante eficaz de transfer\u00eancia de grafenos para diferentes substratos\u201d, relata o professor Can\u00e7ado. Esse desenvolvimento foi realizado em uma visita que o estudante fez ao laborat\u00f3rio da professora Jing Kong, no Massachusetts Institute of Technology (MIT), ap\u00f3s ter ganhado uma bolsa de estudos para mobilidade internacional do Pr\u00eamio F\u00f3rmula Santander. Durante seu mestrado no Departamento de F\u00edsica da UFMG, realizado com orienta\u00e7\u00e3o do professor Can\u00e7ado e defendido em 2015, Pimenta Martins fez um extenso e sistem\u00e1tico trabalho de obten\u00e7\u00e3o de espectros Raman de grafenos submetidos a altas press\u00f5es. \u201cForam muitas visitas \u00e0 UFC e muito estudo at\u00e9 entendermos os mecanismos de forma\u00e7\u00e3o do diamondeno\u201d, conta Can\u00e7ado.<\/p>\n

A pesquisa reportada no paper da Nature Communications foi poss\u00edvel gra\u00e7as ao trabalho colaborativo de diversos grupos de pesquisa brasileiros com reconhecida expertise em diversos assuntos, al\u00e9m da participa\u00e7\u00e3o da pesquisadora do MIT na prepara\u00e7\u00e3o de amostras. Os cientistas dos departamentos de F\u00edsica da UFMG e UFC aportaram sua reconhecida compet\u00eancia em espectroscopia Raman aplicada a nanomateriais de carbono e, no caso da UFC, em experimentos realizado sob altas press\u00f5es. Tamb\u00e9m participaram desses experimentos pesquisadores do Instituto Federal de Educa\u00e7\u00e3o, Ci\u00eancia e Tecnologia do Cear\u00e1 e da Universidade Federal do Piau\u00ed (UFPI). Al\u00e9m disso, f\u00edsicos te\u00f3ricos da Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP) e da UFMG realizaram os c\u00e1lculos e simula\u00e7\u00f5es computacionais.<\/p>\n

A pesquisa teve financiamento do CNPq, FAPEMIG, FUNCAP, Programa F\u00f3rmula Santander e UFOP.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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