Faz-se mister aperfeiçoar a preparação de nanotubos de carbono.

O que é mais forte que o aço, veicula melhor o calor que o alumínio e é um melhor condutor de eletricidade que o cobre? Se você respondeu "os nanotubos de carbono", talvez tenha recebido um calorzinho da febre que envolve esses super-heróis do universo nanométrico. Sua espessura não ultrapassa 1/10 000 daquela de um fio de cabelo humano e, todavia, as propriedades físicas e ópticas habituais dos nanotubos de carbono fazem deles um novo material, fascinante em diversos setores como a mecânica, a eletrônica e a optoeletrônica.

Os nanotubos de carbono geralmente "nascem" em altíssimas temperaturas, a partir de gases contendo esse elemento. Entretanto, seu crescimento continua envolvido em uma aura de mistério.

"Os mecanismos moleculares de sua origem não são verdadeiramente compreendidos", avalia Paul Finnie, do Instituto de Ciências de Microestruturas do CNRC (ISM-CNRC). Descobrir como se formam os nanotubos e dominar esse processo constituirá um grande passo na realização do formidável potencial que eles representam.

Crescimento de nanotubos de carbono em um forno, visto ao microscópio de varredura. Dois grandes planos de aglomerados de nanotubos (à direita e em baixo). A nova técnica de imageamento global Raman, do CNRC, permitirá fotografar os nanotubos individualmente quando de sua formação.

Créditos: NRC-CNRC

Quando de uma grande première mundial, os pesquisadores do ISN-CNRC conseguiram fotografar um nanotubo no momento de sua formação em um formo aquecido. Recorrendo a uma técnica de microscopia óptica, chamada "Imageamento Raman de Superfície com Número de Onda Fixo" (GRI, para Global Raman Imaging), pesquisadores viram os nanotubos se desenvolver a uma temperatura que chegou até 900 graus Celsius.

"Tudo brilha nessa temperatura, o que exclui o uso de certas técnicas de imageamento, explica M. Finnie. Mas isso não coloca qualquer dificuldade com o imageamento Raman, porque ela se dá em um comprimento de onda em que a luminosidade não tem qualquer tipo de conseqüência."

Observar os materiais in situ, ou seja, no momento em que se formam, é um método freqüente, empregado para melhorar os processos de síntese. Eles derivam de partículas metálicas do tamanho do nanômetro. Essas partículas absorvem carbono até não poder mais. Começa então a se desenvolver um nanotubo. "O processo é dinâmico. Sem medidas in situ não será possível ver senão o resultado final", precisa M. Finnie.

Os pesquisadores do CNRC desenvolvem técnicas de imageamento in situ para observar esse processo no momento preciso em que acontece, até o nanotubo individual. A GRI permite fotografar os nanotubos em desenvolvimento, em intervalos de uma fração de segundo. Resumindo: realiza-se um filme numérico. "Todos os estados são visíveis. Observa-se o que se produz dinamicamente", diz M. Finnie. Ao contrário de outros métodos de observação, como a microscopia eletrônica, a GRI não danifica os nanotubos nem afeta sua formação.


Escolha seu nanotubo

Há numerosos tipos de nanotubos: os nanotubos de parede única e de paredes múltiplas; os longos e os curtos (na escala do átomo); nanotubos suspensos no ar ou colados a uma superfície.

No CNRC e algures, há um esforço para o desenvolvimento de tecnologias que permitirão a fabricação de nanotubos em grande quantidade. O próximo desafio consistirá em refinar o processo para selecionar as propriedades mais desejáveis em um nanotubo. "Não se deseja não importa qual nanotubo, mas sim muitos nanotubos dos quais se soube controlar o desenvolvimento", afirma M. Finnie.

Com esse objetivo, os pesquisadores do CNRC recorrem à GRI e a outras técnicas de imageamento in situ a fim de compreender porque os nanotubos se formam e como o fazem. Modificando certos parâmetros tais como a temperatura, o consumo e a mistura de gás (fonte de carbono), e mesmo o catalisador empregado para "disparar" o processo, os pesquisadores esperam obter a receita ideal para criar nanotubos adaptados a aplicações precisas.

Imagens Raman em várias temperaturas: (a) a coluna da esquerda mostra as imagens Raman tomadas em diferentes temperaturas e a coluna da direita mostra os respectivos espectros onde se tem a evolução da banda G e da banda D com a temperatura; (b) imagem SEM obtida na temperatura ambiente para a mesma área obtida com 1 kV. O contraste da imagem foi invertido, para melhor visualização. As setas pretas indicam nanotubos suspensos, os quais são visíveis na imagem Raman.

Créditos: IOP Publishing

"Os nanotubos em suspensão convêm particularmente aos dispositivos ópticos, diz M. Finnie. Os nanotubos de parede única apresentam também muito interesse porque são, ao mesmo tempo, sólidos e leves, e possuem as melhores propriedades ópticas. Os nanotubos longos se prestam a um grande número de aplicações, principalmente transmissão da luz."

A GRI mostra como a modificação de não importa qual fator entre os inúmeros que existem age sobre o produto final. "O objetivo último é o de racionalizar o processo de síntese, de tal sorte que saber-se-á, por exemplo, que se acrescentando 5% de metano à mistura, a proporção de nanotubos defeituosos cairá 10%."

Esses trabalhos foram parcialmente financiados no âmbito de um projeto internacional com a Agência Japonesa de Ciência e Tecnologia. No momento, os nanotubos necessários às aplicações de ponta custam caro, mas M. Finnie estima que a situação mudará, à medida que forem melhor conhecidos.

"Eventualmente, os preços cairão, a produção aumentará e dominaremos em maior grau fatores como o tamanho e o diâmetro dos nanotubos", acredita ele. As amostras de nanotubos continuam a melhorar, mais e mais aplicações surgirão e, dentre elas, as que repousam sobre suas propriedades optoeletrônicas, as quais interessam particularmente ao Instituto canadense.

NRC-CNRC, setembro de 2008 (Tradução - MIA).

Assuntos Conexos:

Os segredos do nascimento dos fulerenos são revelados.

Sonda de microscópio de força atômica (AFM) é usada para iniciar crescimento de nanotubos de carbono!