{"id":8205,"date":"2019-11-30T15:08:21","date_gmt":"2019-11-30T18:08:21","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/?p=8205"},"modified":"2019-12-05T15:46:19","modified_gmt":"2019-12-05T18:46:19","slug":"artigo-em-destaque-grafeno-dopado-e-sem-defeitos-para-uso-em-dispositivos-eletronicos","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/artigo-em-destaque-grafeno-dopado-e-sem-defeitos-para-uso-em-dispositivos-eletronicos\/","title":{"rendered":"Artigo em destaque: Grafeno dopado e sem defeitos para uso em dispositivos eletr\u00f4nicos."},"content":{"rendered":"

O artigo cient\u00edfico de autoria de membros da comunidade brasileira de pesquisa em Materiais em destaque neste m\u00eas \u00e9: Chemical Doping and Etching of Graphene: Tuning the Effects of NO Annealing.<\/strong> G. K. Rolim, G. V. Soares, H. I. Boudinov, and C. Radtke. J. Phys. Chem. C,\u00a0 2019, 123, 43, 26577-26582. https:\/\/doi.org\/10.1021\/acs.jpcc.9b02214.<\/p>\n

Artigo em destaque: Grafeno dopado e sem defeitos para uso em dispositivos eletr\u00f4nicos<\/strong><\/p>\n

O grafeno j\u00e1 \u00e9 usado na fabrica\u00e7\u00e3o de alguns produtos, desde capacetes que dissipam o calor at\u00e9 embalagens antiest\u00e1ticas. Entretanto, o material maravilhoso, como costuma ser chamado, ainda tem muito a entregar \u00e0 sociedade. Por ser bidimensional, flex\u00edvel e excelente condutor da eletricidade, entre outras propriedades, o grafeno pode ser a base de uma s\u00e9rie de dispositivos eletr\u00f4nicos e optoeletr\u00f4nicos miniaturizados e de alt\u00edssimo desempenho. Entretanto, para isso, \u00e9 preciso produzir, em escala industrial, um grafeno cuja rede de \u00e1tomos esteja livre de impurezas indesejadas, mas que contenha, al\u00e9m do carbono inerente ao grafeno, pequenas quantidades de outros elementos (dopagem) para, dessa maneira, controlar suas propriedades eletr\u00f4nicas.<\/p>\n

Em um trabalho totalmente realizado no Brasil, uma equipe cient\u00edfica prop\u00f4s um processo que pode ajudar a produzir, em grande escala, um grafeno apto para dispositivos eletr\u00f4nicos. \u201cO processo desenvolvido em nosso grupo permite melhorar e ajustar as propriedades do grafeno, al\u00e9m da remo\u00e7\u00e3o de contaminantes da sua superf\u00edcie\u201d, disse o professor Cl\u00e1udio Radtke<\/a>\u00a0(UFRGS), autor correspondente do artigo que reporta o trabalho, recentemente publicado no The Journal of Physical Chemistry C<\/em>.<\/p>\n

\"Foto
Foto dos autores do trabalho. Da esquerda para a direita: Henri Boudinov, Cl\u00e1udio Radtke Gabriel Vieira Soares (todos professores da UFRGS) e Guilherme Koszeniewski Rolim (bolsista de p\u00f3s-doutorado do Programa de P\u00f3s-Gradua\u00e7\u00e3o em Microeletr\u00f4nica na UFRGS).<\/figcaption><\/figure>\n

A equipe adquiriu amostras de grafeno produzidas por CVD (chemical vapor deposition<\/em>) e transferidas a substratos de sil\u00edcio. Essa t\u00e9cnica \u00e9, no momento, uma das mais adequadas para a produ\u00e7\u00e3o em larga escala de folhas de grafeno de \u00e1rea relativamente grande, mas deixa impurezas residuais e gera defeitos no grafeno. Para remover as impurezas, \u00e9 comum a aplica\u00e7\u00e3o de um tratamento t\u00e9rmico em atmosfera de di\u00f3xido de carbono (CO2), o qual \u00e9 eficiente na elimina\u00e7\u00e3o dos contaminantes, mas acaba gerando novos defeitos na folha de grafeno. A boa not\u00edcia \u00e9 que esses defeitos podem ser neutralizados (passivados).<\/p>\n

Procurando, justamente, estrat\u00e9gias de passiva\u00e7\u00e3o desses defeitos, o ent\u00e3o aluno de doutorado Guilherme Koszeniewski Rolim<\/a>\u00a0encontrou um artigo cient\u00edfico de 2011, que apontava, por meio de c\u00e1lculos te\u00f3ricos, a possibilidade de usar \u00f3xido n\u00edtrico (NO) para passivar os defeitos do grafeno com \u00e1tomos de nitrog\u00eanio e, ao mesmo tempo, dop\u00e1-lo para modular suas propriedades eletr\u00f4nicas (principalmente, transform\u00e1-lo em um material semicondutor, condi\u00e7\u00e3o essencial para us\u00e1-lo em dispositivos eletr\u00f4nicos).<\/p>\n

A equipe decidiu ent\u00e3o verificar experimentalmente a predi\u00e7\u00e3o te\u00f3rica e, depois de realizar o tradicional tratamento com CO2 a 500 \u00b0C, aplicaram nas amostras um segundo tratamento t\u00e9rmico, este em atmosfera de \u00f3xido n\u00edtrico e a diferentes temperaturas, desde temperatura ambiente at\u00e9 600 \u00b0C.<\/p>\n

Depois do processo, os pesquisadores usaram diversas t\u00e9cnicas de caracteriza\u00e7\u00e3o para conferir os resultados e confirmaram, com alegria, que a dopagem com nitrog\u00eanio tinha acontecido e que ela tinha passivado os defeitos, melhorando assim as propriedades eletr\u00f4nicas do material. Entretanto, os pesquisadores observaram tamb\u00e9m um efeito indesejado do tratamento com \u00f3xido n\u00edtrico: a degrada\u00e7\u00e3o (etching<\/em>) das folhas grafeno em alguns pontos. Depois de bastante trabalho cient\u00edfico, a equipe conseguiu determinar a causa. Durante o aquecimento, ocorria uma convers\u00e3o de NO em NO2, o qual, por ser um composto muito mais reativo que o primeiro, acabava oxidando o grafeno.<\/p>\n

Contudo, a equipe brasileira foi capaz de encontrar uma solu\u00e7\u00e3o para esse problema. O \u201ceureca\u201d ocorreu enquanto os pesquisadores tentavam determinar a quantidade de \u00e1tomos de nitrog\u00eanio que tinham se incorporado ao grafeno, mediante uma t\u00e9cnica baseada na an\u00e1lise de rea\u00e7\u00f5es nucleares desencadeadas pela a\u00e7\u00e3o de um feixe de \u00edons nas amostras de grafeno. Para poder aplicar essa t\u00e9cnica, a equipe teve que utilizar, no tratamento t\u00e9rmico, um \u00f3xido n\u00edtrico isotopicamente enriquecido, o qual tem uma pureza de 99,9999% em vez dos 99,9% do g\u00e1s utilizado anteriormente.<\/p>\n

\"Esquema
Esquema ilustrativo dos par\u00e2metros a ser controlados no processo proposto pela equipe brasileira. O equil\u00edbrio entre pureza do g\u00e1s e temperatura garante a obten\u00e7\u00e3o de folhas de grafeno melhores para uso em dispositivos eletr\u00f4nicos.<\/figcaption><\/figure>\n

A an\u00e1lise n\u00e3o rendeu os resultados esperados, pois n\u00e3o conseguiu quantificar o nitrog\u00eanio, que estava abaixo do limite de detec\u00e7\u00e3o. Contudo, o uso do g\u00e1s enriquecido acabou trazendo muita satisfa\u00e7\u00e3o \u00e0 equipe. De fato, quando os pesquisadores compararam as propriedades eletr\u00f4nicas dos dois de tipos de amostra, eles constataram que o grafeno tratado com o g\u00e1s enriquecido sempre apresentava propriedades superiores. \u201cInicialmente tal resultado gerou bastante confus\u00e3o na interpreta\u00e7\u00e3o dos resultados\u201d, conta o professor Radtke. \u201cMas, ap\u00f3s mais alguns experimentos, passou a ser um dos pontos mais importantes do artigo, evidenciando a import\u00e2ncia da pureza do g\u00e1s durante o processamento\u201d, completa. Concretamente, a conclus\u00e3o foi que controlar adequadamente a temperatura e a pureza do g\u00e1s durante o tratamento elimina o problema da degrada\u00e7\u00e3o do grafeno por oxida\u00e7\u00e3o.<\/p>\n

Dessa maneira, com bastante conhecimento e m\u00e9todo cient\u00edfico, al\u00e9m de uma pequena interven\u00e7\u00e3o do acaso, a equipe da UFRGS conseguiu desenvolver um processo de remo\u00e7\u00e3o de res\u00edduos, neutraliza\u00e7\u00e3o de defeitos e dopagem do grafeno, que melhorou as propriedades eletr\u00f4nicas do material sem gerar efeitos colaterais delet\u00e9rios. Por se tratar de um tratamento t\u00e9rmico em atmosfera de gases, etapa que j\u00e1 faz parte da produ\u00e7\u00e3o industrial de grafeno, o processo proposto pela equipe brasileira poderia ser facilmente aplicado \u00e0 fabrica\u00e7\u00e3o de folhas de grafeno para dispositivos.<\/p>\n

\u201cA inser\u00e7\u00e3o de hetero\u00e1tomos (como o nitrog\u00eanio) na rede do grafeno sem a degrada\u00e7\u00e3o de suas propriedades \u00e9 especialmente importante na produ\u00e7\u00e3o de dispositivos optoeletr\u00f4nicos, transistores de alta velocidade, eletr\u00f4nica de baixa pot\u00eancia e c\u00e9lulas fotovoltaicas\u201d, destaca Radtke, lembrando que a fabrica\u00e7\u00e3o desses dispositivos baseados em grafeno pode ser uma realidade nos pr\u00f3ximos anos. \u201cO Graphene Flagship<\/em> (cons\u00f3rcio europeu de ind\u00fastrias, universidades e institutos) anunciou a implementa\u00e7\u00e3o de uma planta piloto para integrar grafeno em diferentes etapas da produ\u00e7\u00e3o de dispositivos j\u00e1 em 2020\u201d, comenta o professor da UFRGS.<\/p>\n

O estudo, que contou com apoio financeiro das ag\u00eancias brasileiras CNPQ (principalmente por meio dos INCTs Namitec e INES), Capes e Fapergs, foi desenvolvido dentro do doutorado em Microeletr\u00f4nica de Guilherme Koszeniewski Rolim, realizado no Programa de P\u00f3s-Gradua\u00e7\u00e3o em Microeletr\u00f4nica da UFRGS e defendido em 2018. O trabalho experimental foi feito no Laborat\u00f3rio de Superf\u00edcies e Interfaces S\u00f3lidas da UFRGS e no Laborat\u00f3rio Nacional de Luz Sincrotron do CNPEM.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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