Uma equipe, liderada pelo Professor Junichiro Kono, da Rice University (EUA) e os estudantes de graduação e Erik Haroz e William Rice, deu um pequeno, mas significativo passo rumo ao sonho do desenvolvimento de uma rede elétrica eficiente baseada em nanofios quânticos altamente condutores.

O outro grupo, também da Rice, liderado pelo Professor Bruce Weisman (Departamento de Química) e o estudante Saunab Ghosh, utilizou a técnica de ultracentrifugação para preparar lotes de nanotubos semicondutores, contendo tubos com a mesma estrutura, ou seja, com o mesmo diâmetro e quiralidade. Estes nanotubos têm grande potencialidade de aplicação em medicina e eletrônica.

A ultracentrifugação é uma versão super-rápida do processo de centrifugação que é usado em laboratórios bioquímicos para separar os glóbulos do plasma no sangue. Tal processo envolve a suspensão de misturas de nanotubos de carbono de parede única, em combinações de líquidos com diferentes densidades. Quando se utiliza uma centrífuga de até 250.000 g - ou seja, 250.000 vezes a aceleração da gravidade -, os nanotubos migram para os líquidos que possuem a mesma densidade dos nanotubos. Após várias horas de centrífugação, o tubo no qual se encontram os líquidos e os nanotubos se torna colorido, com camadas de nanotubos contendo apenas um tipo de nanotubo. Cada espécie tem suas próprias características eletrônicas e óticas, que são úteis nas mais diversas maneiras.

O Laboratório do Prof. Weisman teve seus resultados publicados na edição on-line da revista Nature Nanotechnology, enquanto os resultados da equipe de Kono foram publicados na revista ACS Nano.

A falta de lotes puros de nanotubos de uma única espécie "tem sido um obstáculo real na área há quase 20 anos", disse Weisman. Embora a técnica de ultracentrifugação não seja nova, Ghosh realizou uma sintonia muito fina no gradiente de densidade, de forma que foi possível separar e classificar pelo menos 10 tipos de nanotubos contidos na amostra preparada pelo método HiPco, também desenvolvido anos atrás na Universidade de Rice.

A pesquisa básica é a grande beneficiada dessa descoberta, "porque quando você obtém amostras de um único tipo de nanotubo, pode aprender muito mais sobre eles", disse Weisman. "Em segundo lugar, algumas aplicações eletrônicas se tornam muito mais simples, porque o tipo de nanotubo determina a abertura do "gap" de energia, uma propriedade eletrônica crucial". Aplicações biomédicas podem também se beneficiar da descoberta, explorando as propriedades ópticas dos tipos específicos de nanotubos.

No laboratório de Kono, os nanotubos metálicos ficaram no topo do tubo de ensaio, enquanto a quase totalidade dos nanotubos semicondutores foi para o fundo. O que surpreendeu os pesquisadores foi o fato de que quase todos os tubos metálicos eram do tipo "armchair", o tipo mais desejável para a fabricação de nanofios quânticos. Alguns nanotubos do tipo zigue-zague, que também podem ser metálicos, foram para o fundo do tubo. Os nanotubos são chamados de "armchair", devido à forma em "U" dos segmentos ao longo da circunferência (ver figura). Teoricamente, os "armchair" são os nanotubos mais condutores de eletricidade, permitindo que os elétrons se movimentem sem muitos obstáculos.

Nanotubo do tipo zigue-zague e armchair.

Créditos: AGS.

A composição do gradiente da solução fez a diferença na qualidade das amostras obtidas, afirma Haroz. "Um dos surfactantes que estamos usando, o colato de sódio, tem uma estrutura molecular semelhante a um nanotubo - basicamente os hexágonos se juntaram", disse ele. "Pensamos que há uma correspondência entre o colato de sódio e a estrutura dos nanotubos, de forma que os colatos se ligam um pouco melhor com os nanotubos "armchair", do que com os nanotubos "zigue-zague".

Barreiras permanecem no caminho para a realização de nanofios quânticos "armchair", que foram idealizados por um dos pioneiros da nanotecnologia e ganhador do Prêmio Nobel de 1996, Richard Smalley, primeiro orientador de Haroz e falecido em 2005. Smalley pensou esses nanofios como sendo a panacéia para muitos dos problemas que o mundo enfrenta. Melhorar a distribuição de energia e solucionar outros desafios como a água potável, alimentos e problemas ambientais, acreditava ele ser uma das coisas a serem realizadas com os nanotubos.

"A Etapa 1 do projeto nanofios quânticos armchair é: "Podemos obter nanotubos armchair?" Fizemos isso!", disse Haroz. "Agora vamos fazer estruturas macroscópicas, não necessariamente cabos longos, mas estruturas de pequeno porte para testar sua condutividade".

Nota do Scientific Editor: trabalhos que deram origem a esta notícia: (i) "Advanced sorting of single-walled carbon nanotubes by nonlinear density-gradient ultracentrifugation", de autoria de S. Ghosh, S. M. Bachilo and R. Bruce Weisman, pode ser acessado no link da revista Nature Nanotechnology: http://dx.doi.org/10.1038/nnano.2010.68 e, (ii) "Enrichment of Armchair Carbon Nanotubes via Density Gradient Ultracentrifugation: Raman Spectroscopy Evidence", de autoria de E. H. Hroz, W. D. Rice, B. Y. Lu, S. Ghosh, R. H. Hauge, R. B. Weisman, S. K. Doorn e J. Kono, pode ser acessado no link da revista ACS Nano, http://dx.doi.org/10.1021/nn901908n.

Rice University (Tradução - AGS).

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