{"id":6489,"date":"2018-02-28T14:04:46","date_gmt":"2018-02-28T17:04:46","guid":{"rendered":"http:\/\/sbpmat.org.br\/?p=6489"},"modified":"2018-03-07T17:44:31","modified_gmt":"2018-03-07T20:44:31","slug":"artigo-em-destaque-nanoparticulas-movedicas-para-nanofios-assimetricos","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/artigo-em-destaque-nanoparticulas-movedicas-para-nanofios-assimetricos\/","title":{"rendered":"Artigo em destaque: Nanopart\u00edculas movedi\u00e7as para nanofios assim\u00e9tricos."},"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: Exploring Au Droplet Motion in Nanowire Growth: A Simple Route toward Asymmetric GaP Morphologies. <\/strong>Bruno C. da Silva*, Douglas S. Oliveira, Fernando Iikawa, Odilon D. D. Couto Jr., Jefferson Bettini, Luiz F. Zagonel, and M\u00f4nica A. Cotta*. Nano Lett., 2017, 17 (12), pp 7274\u20137282. DOI: 10.1021\/acs.nanolett.7b02770<\/p>\n

Nanopart\u00edculas movedi\u00e7as para nanofios assim\u00e9tricos.<\/strong><\/p>\n

\"Imagem<\/a>
Imagem de microscopia eletr\u00f4nica de varredura de nanofios assim\u00e9tricos de fosfeto de g\u00e1lio (GaP).<\/figcaption><\/figure>\n

Em artigo recentemente publicado no peri\u00f3dico NanoLetters (fator de impacto 12,712), uma equipe de cientistas do Brasil apresentou um processo que permite produzir nanofios semicondutores de morfologia assim\u00e9trica, distintos dos tradicionais nanofios c\u00f4nicos ou cil\u00edndricos. Vale lembrar que nanofios s\u00e3o estruturas com di\u00e2metro ou espessura nanom\u00e9trica e sem limita\u00e7\u00f5es de tamanho quanto ao comprimento.<\/p>\n

\u201cNossa principal contribui\u00e7\u00e3o consiste em demonstrar uma alternativa para o controle da morfologia no crescimento de nanoestruturas semicondutoras tipo nanofio\u201d, afirma Bruno C\u00e9sar da Silva<\/a>, autor correspondente do artigo. Essa possibilidade de se produzir, de forma controlada, nanofios com formatos diferenciados e sem defeitos, pode ter impacto em diversas aplica\u00e7\u00f5es, inclusive a fabrica\u00e7\u00e3o de c\u00e9lulas solares e LEDs.<\/p>\n

Os autores descobriram o processo enquanto estudavam a produ\u00e7\u00e3o de nanofios que fossem interessantes para o desenvolvimento de dispositivos optoeletr\u00f4nicos. Entre os candidatos promissores, os cientistas escolheram, pelas suas propriedades, nanofios de fosfeto de g\u00e1lio (GaP) com uma determinada estrutura cristalina conhecida como wurtzita. O trabalho estava sendo realizado dentro do mestrado de Bruno da Silva, iniciado em 2014 com orienta\u00e7\u00e3o dos professores Luiz Fernando Zagonel<\/a> e M\u00f4nica Alonso Cotta<\/a>, ambos do Instituto de F\u00edsica Glew Wataghin (Unicamp). Nos primeiros meses de trabalho, enquanto analisavam os nanofios obtidos, os cientistas encontraram uma quantidade significativa de nanoestruturas de fosfeto de g\u00e1lio com formato assim\u00e9trico. \u201cAl\u00e9m disso, vimos que esses nanofios, especificamente, tinham estrutura cristalina hexagonal (wurtzita) e baix\u00edssima densidade de defeitos cristalogr\u00e1ficos, o que nos motivou a estudar posteriormente em detalhes as causas da forma\u00e7\u00e3o desta estrutura singular\u201d, relata da Silva.<\/p>\n

\"box<\/a>A t\u00e9cnica escolhida pela equipe da Unicamp para produzir os nanofios foi a epitaxia por feixe qu\u00edmico (CBE, na sigla em ingl\u00eas), precedida por um aquecimento (annealing<\/em>) do substrato no qual crescem os nanofios. Na CBE, coloca-se, dentro de uma c\u00e2mara, um substrato de material adequado – neste caso, arseneto de g\u00e1lio (GaAs). Depois s\u00e3o introduzidos na c\u00e2mara, compostos qu\u00edmicos em forma de vapor, contendo elementos do material com o qual se deseja formar os nanofios – neste caso, fosfeto de g\u00e1lio. O material vai se depositando em cima do substrato, camada sobre camada. Dessa maneira, a t\u00e9cnica gera filmes. Para promover o crescimento de nanofios, depositam-se no substrato nanopart\u00edculas met\u00e1licas (neste caso, de ouro), antes de exp\u00f4-lo ao vapor. Durante a exposi\u00e7\u00e3o ao vapor, essas nanopart\u00edculas catalisadoras fazem com que o material se deposite preferencialmente debaixo delas, formando estruturas relativamente compridas.<\/p>\n

Voltando \u00e0 hist\u00f3ria do trabalho dos nanofios assim\u00e9tricos, em 2016, defendido o mestrado e iniciado o doutorado, Bruno da Silva e sua orientadora M\u00f4nica Cotta come\u00e7aram a levantar e testar hip\u00f3teses para a causa da forma\u00e7\u00e3o dessas peculiares estruturas. Ap\u00f3s diversos experimentos e an\u00e1lises, a dupla concentrou esfor\u00e7os num fen\u00f4meno que chamou a sua aten\u00e7\u00e3o: nos est\u00e1gios iniciais do processo, as nanopart\u00edculas de ouro se deslocavam espontaneamente sobre o substrato. Nesse momento, os cientistas notaram que n\u00e3o eram os \u00fanicos curiosos por compreender o fen\u00f4meno das nanopart\u00edculas movedi\u00e7as; diferentes grupos de pesquisa no mundo estavam come\u00e7ando a investig\u00e1-lo.<\/p>\n

\"Imagem<\/a>
Imagem de microscopia de for\u00e7a at\u00f4mica de uma nanopart\u00edcula de ouro sobre substrato de GaAs evidenciando o rastro deixado pelo movimento da mesma.<\/figcaption><\/figure>\n

A equipe brasileira empreendeu ent\u00e3o um trabalho sistem\u00e1tico de aquecimento do substrato com nanopart\u00edculas catalisadoras e de crescimento de nanofios sob diversas condi\u00e7\u00f5es, e analisou as amostras resultantes usando microsc\u00f3pios eletr\u00f4nicos de varredura e de transmiss\u00e3o e microsc\u00f3pio de for\u00e7a at\u00f4mica. Dessa maneira, a dupla e seus colaboradores do IFGW-Unicamp e do Laborat\u00f3rio Nacional de Nanotecnologia (LNNano) conseguiram descobrir por que o processo de crescimento utilizado resultava em nanofios assim\u00e9tricos. O principal respons\u00e1vel por gerar tal morfologia era, de fato, o movimento das nanopart\u00edculas de ouro, o qual se ativava termicamente com o tratamento t\u00e9rmico (annealing<\/em>) inicial. Al\u00e9m ter uma explica\u00e7\u00e3o, a equipe possu\u00eda agora uma receita para produzir nanofios semicondutores de formato assim\u00e9trico. \u201cNosso trabalho foi o primeiro a mostrar que a instabilidade mec\u00e2nica da nanopart\u00edcula catalisadora pode ser utilizada para modificar o crescimento de nanofios semicondutores, no nosso caso, impactando principalmente a sua morfologia\u201d, diz Bruno da Silva.<\/p>\n

O mecanismo de forma\u00e7\u00e3o dos nanofios assim\u00e9tricos apresentado no artigo \u00e9, em grandes linhas, o seguinte. Ao serem aquecidas junto ao substrato no tratamento t\u00e9rmico, as nanopart\u00edculas come\u00e7am a se movimentar e avan\u00e7am pelo substrato enquanto consomem a camada de \u00f3xido que naturalmente recobre o arseneto de g\u00e1lio e consomem tamb\u00e9m parte do pr\u00f3prio arseneto de g\u00e1lio em si. Assim, as nanopart\u00edculas v\u00e3o formando sulcos assim\u00e9tricos de poucos nanometros de profundidade e poucas centenas de nanometros de comprimento. Esses rastros tornam-se terra f\u00e9rtil para o crescimento dos nanofios, j\u00e1 que a taxa de deposi\u00e7\u00e3o do material \u00e9 maior ali do que no resto do \u201cch\u00e3o\u201d, recoberto pelo \u00f3xido. Ent\u00e3o, um pedestal se forma ao longo dos sulcos e, a partir do momento em que a nanopart\u00edcula se descola do substrato, o nanofio cresce em cima do pedestal num formato assim\u00e9trico. \u00a0\u201cMostramos que o movimento da part\u00edcula gera uma zona de deposi\u00e7\u00e3o preferencial, e que a combina\u00e7\u00e3o deste fen\u00f4meno com o crescimento axial \u201cvapor \u2013l\u00edquido \u2013 s\u00f3lido\u201d leva \u00e0 forma\u00e7\u00e3o da assimetria no nanofio\u201d, resume da Silva.<\/p>\n

Al\u00e9m de descrever o mecanismo de forma\u00e7\u00e3o dos nanofios assim\u00e9tricos, o trabalho da equipe brasileira gerou conhecimento detalhado sobre o movimento das nanopart\u00edculas met\u00e1licas. \u201cN\u00f3s mostramos que, al\u00e9m da temperatura, as condi\u00e7\u00f5es de v\u00e1cuo e a qualidade da superf\u00edcie do substrato s\u00e3o cruciais para a estabilidade da nanopart\u00edcula, e que a dire\u00e7\u00e3o do movimento est\u00e1 relacionada com a assimetria da dissolu\u00e7\u00e3o de ouro em superf\u00edcies semicondutoras III-V\u201d, detalha o doutorando.<\/p>\n

O trabalho experimental que originou o artigo da Nano Letters foi realizado no Laborat\u00f3rio de Nano e Biossistemas do IFGW-Unicamp (s\u00edntese do material e caracteriza\u00e7\u00e3o por microscopia de for\u00e7a at\u00f4mica), no Grupo de Propriedades \u00d3pticas do IFGW-Unicamp (medidas \u00f3pticas), no Laborat\u00f3rio de Microscopia Eletr\u00f4nica do Laborat\u00f3rio Nacional de Nanotecnologia do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (LNNano-CNPEM), e no Laborat\u00f3rio de Caracteriza\u00e7\u00e3o Estrutural do Departamento de Engenharia de Materiais da Universidade Federal de S\u00e3o Carlos (DEMA-UFSCAR). O trabalho contou com financiamento da Unicamp, por meio do fundo FAEPEX, das ag\u00eancias brasileiras federais CNPq e CAPES e da Funda\u00e7\u00e3o de Amparo \u00e0 Pesquisa do Estado de S\u00e3o Paulo (FAPESP).<\/p>\n

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