As descobertas de Zhang, professor de química e engenharia molecular do Laboratório Nacional de Ciência Molecular em Pequin (Beijing National Laboratory for Molecular Sciences), e de seus colegas Zhongfan Liu, Yagang Yao, Chaoqun Feng, não serão úteis apenas para o avanço no entendimento do mecanismo de formação dos nanotubos de parede simples, mas também, e principalmente, para tornar realidade o crescimento controlado de um nanotubo de carbono com quiralidade definida.

Além disso, este mecanismo pode ser uma maneira efetiva de clonar grafeno a partir de pequenos fragmentos do mesmo. A clonagem de nanotubos de carbono em larga escala pode tornar viável uma série de aplicações práticas que exigem um determinado tipo de nanotubo.

Usando essa técnica, o grupo do Prof. Zhang sintetizou nanotubos de carbono ultralongos (algumas dezenas de micrômetros) sobre substrato de SiO₂/Si. O comprimento do nanotubo é limitado somente pelo tamanho do substrato, a região quente do forno, e o tempo de crescimento. Os nanotubos ultralongos foram cortados em pequenos segmentos, usando uma combinação das técnicas de litografia por feixe de elétrons, tratamento com plasma iônico de oxigênio, que serviram de sementes/catalisadores e estêncil para o segundo crescimento (clonagem).

Numa terceira etapa, os clones de nanotubos de carbono foram crescidos a partir das pontas abertas dos nanotubos-pais, colocando-se as sementes em um forno de deposição química a partir da fase vapor (CVD), objetivando eliminar os grupos carboxílicos (-COOH) e hidroxilas (-OH) que funcionalizam as pontas das sementes, tornando-as quimicamente ativas. Após essa etapa, para o crescimento dos clones, foi utilizado um fluxo de etileno e metano.

"Os nanotubos clonados geralmente crescem até alguns microns de comprimento, sendo que o tamanho máximo obtido foi 4,6 µm", disse Zhang. "Pensávamos que, se o segundo crescimento não é restringido pelo substrato, pois as pontas abertas dos nanotubos-semente estão suspensas, os nanotubos clonados iriam ser bem mais longos".

Apesar de a estratégia funcionar, a eficiência da clonagem e o mecanismo de crescimento na ponta aberta do nanotubo são problemas que ainda precisam ser contornados.

"Medimos mais de 600 seções pequenas das sementes e observamos que a taxa de clonagem é relativamente baixa, em torno de 9%", disse Zhang. "Este rendimento pode ser aumentado até 40%, realizando-se o crescimento dos nanotubos sobre substratos de quartzo".

O ponto chave da clonagem de nanotubos de carbono é verificar se o nanotubo duplicado tem a mesma quiralidade do nanotubo-pai. Usando medidas de microscopia de força atômica e espectroscopia Raman, a equipe provou que ambos, semente e nanotubo duplicado, têm a mesma estrutura atômica.

De acordo com Zhang, o nanotubo de ponta aberta é um catalisador mais eficiente que outros catalisadores usados para o crescimento de nanotubos de carbono. "A primeira vantagem é que, na síntese em altas temperaturas, estes catalisadores não se aglomeram. As nanopartículas catalisadoras geralmente se aglomeram em altas temperaturas tendo como conseqüência o aumento do diâmetro dos nanotubos sintetizados. Como segunda vantagem temos que os radicais de carbono serão adicionados diretamente na ponta aberta do nanotubo e, portanto, o nanotubo clonado e o original têm a mesma quiralidade. Um terceiro ponto importante é que nossos resultados fortalecem a idéia de que estruturas de tamanho nanométrico podem agir como molde para a formação dos nanotubos de carbono."

Nanowerk (Tradução - AGS).

Nota do Scientific Editor: o trabalho que deu origem a esta notícia, denominado "Cloning" of Single-Walled Carbon Nanotubes via Open-End Growth Mechanism", de autoria de Y. Yao, C. Feng, J. Zhang e Z. Liu, foi publicado no periódico Nano Letters, volume 4, número 4, págs. 1673-1677, 2009. DOI: 10.1021/nl900207v.

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