Tratamento a laser amplia possibilidades com o grafeno ao deixá-lo mais forte

Tratamento a laser amplia possibilidades com o grafeno ao deixá-lo mais forte

Por Gustavo Minari | Editado por Douglas Ciriaco | 27 de Maio de 2021 às 20h00
MegiasD/Envato

Cientistas da Universidade Jyväskylä, na Finlândia, descobriram um novo método para deixar o grafeno mais resistente e flexível. Eles usaram um tratamento a laser para forjar e endurecer as fibras de grafeno, que apresentam uma fragilidade natural quando usadas para fabricar estruturas tridimensionais.

A técnica conhecida como forjamento óptico modifica uma membrana monocamada suspensa de grafeno e mede suas propriedades mecânicas usando nanoindentação, para calcular o volume do material extremamente fino. As medições mostraram que, após o tratamento a laser, a rigidez do grafeno aumentou cinco ordens de magnitude em comparação com o grafeno puro.

"No início, não compreendemos os resultados obtidos. Demorou para digerir o que o forjamento óptico realmente fez para o grafeno, tornando-o mais resistente e fácil de dobrar”, diz o responsável pela pesquisa, o doutor Andreas Johansson.

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Irradiação do laser nas mebranas de grafeno (Imagem: Reprodução/Nature)

No laboratório

O grafeno é um material carbono atomicamente fino e que possui características únicas, como grande mobilidade de carga, condutividade térmica e transparência óptica. Ele é impermeável e 200 vezes mais resistente à tração do que o aço. Por ser muito fino, o maior problema está na dificuldade de manusear e dobrar o grafeno sem danificar sua estrutura.

Nos testes feitos pela equipe do professor Johansson, foi possível comprovar que o grafeno fica mais resistente à flexão quando é submetido a um forjamento óptico nas ondulações da engenharia de tensão de suas camadas. Eles também fizeram a modelagem da elasticidade das folhas finas das membranas de grafeno para mostrar que o enrijecimento ocorre em escalas micro e nano.

“O mecanismo geral de enrijecimento é claro, mas desvendar todos os detalhes atomísticos da fabricação e o local exato onde as rachaduras acontecem é um processo que precisa de mais pesquisas", afirma um dos responsáveis pelo estudo, o professor Pekka Koskinen.

Aumento da elasticidade após o tratamento óptico (Imagem: Reprodução/Nature)

Mais forte e flexível

O grafeno endurecido e com uma maior flexibilidade abre caminho para novas aplicações, como a fabricação de estruturas microeletrônicas, mais leves e resistentes ou a manipulação de frequências de ressonância mecânica com membranas de grafeno próximas dos gigahertz (GHz), para medir oscilações estruturais em grandes construções como pontes e edifícios.

Com um grafeno reforçado por forjamento óptico, também será possível criar estruturas e recipientes em escala de micrômetro para o transporte intravenoso de medicamentos por todo o corpo humano, de forma mais rápida e segura para o paciente.

“O método de forjamento óptico é particularmente poderoso porque permite a escrita direta de grafeno endurecido precisamente nos locais onde você os deseja. Nosso próximo passo será expandir nossa imaginação, brincar com o forjamento óptico e ver quais dispositivos de grafeno podemos fazer, mais leves, flexíveis e eficientes", completa o supervisor do estudo, professor Mika Pettersson.

Fonte: Nature

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