A panela de pressão molecular
Novo método para produzir nanoestruturas a partir de moléculas
Investigação fundamental num museu de investigação: uma equipa de nanocientistas dos laboratórios do Deutsches Museum desenvolveu um novo método para produzir nanoestruturas moleculares estáveis em superfícies inertes. Os resultados deste trabalho foram agora publicados na revista científica Angewandte Chemie International Edition.
Lukas Grossmann no laboratório de nanotecnologia do Deutsches Museum.
Deutsches Museum
Nanoestruturas na superfície da grafite.
Deutsches Museum
Parece um pouco uma cave de hobbies para os amadores: prateleiras de ferramentas na parede, mesas com estranhos aparelhos, parafusos, alicates, acessórios electrónicos e mecânicos, uma estação de trabalho para computadores, uma torre com componentes electrónicos de diferentes épocas e, mesmo no meio, a verdadeira instalação experimental: uma construção constituída por uma câmara de vácuo com várias linhas e janelas de controlo e um microscópio de varrimento por tunelização como peça central. É aqui que Markus Lackinger, diretor do Laboratório de Nanociências do Deutsches Museum, e o seu pós-doutorado Lukas Grossmann trabalham.
O seu campo de investigação chama-se "OSS", On-Surface Synthesis: moléculas especialmente concebidas são depositadas numa superfície e depois reagem por aquecimento num vácuo ultra-elevado, a fim de se combinarem para formar nanoestruturas (síntese). "Na forma convencional, as moléculas para estes processos são aplicadas em superfícies metálicas, o que favorece a reação, mas infelizmente também tem desvantagens tangíveis", diz Markus Lackinger.
Por exemplo, as interações com o metal subjacente influenciam e alteram as propriedades das nanoestruturas resultantes, que são particularmente relevantes para as aplicações. Além disso, os metais - o ouro, a prata ou o cobre são os mais utilizados - garantem uma menor estabilidade das nanoestruturas, porque não só facilitam a reação de ligação desejada, como também aceleram a decomposição das redes e das moléculas. As superfícies metálicas são também muito susceptíveis à contaminação e à oxidação. Isto é fundamental para que as nanoestruturas possam ser utilizadas no futuro fora do ultra-alto vácuo em que foram produzidas.
Assim, há cerca de um ano, Markus Lackinger e o seu colega Lukas Grossmann começaram a fazer experiências com grafite como substrato para a síntese molecular. "A grafite não tem qualquer efeito químico na nossa reação", explica Grossmann, "o que significa que as nanoestruturas moleculares são criadas apenas através da influência da temperatura. Isto significa que a superfície da grafite não contribui para a decomposição, o que torna as nanoestruturas em grafite muito mais robustas do que numa superfície metálica". E como as nanoestruturas apenas interagem fracamente com o substrato de grafite, seria mais fácil investigar as suas propriedades intrínsecas no futuro e utilizá-las mais tarde.
Mas não era assim tão simples - substituir o ouro por grafite - afinal: "Ao aquecer, faltava uma vantagem importante dos metais - nomeadamente o facto de ligarem fortemente as moléculas à superfície", diz Lackinger. "Se as moléculas estivessem sobre a grafite, dissolver-se-iam no ar à medida que a temperatura aumentasse". Por assim dizer - porque "ar" é, na verdade, o termo errado neste caso, uma vez que a síntese ocorre normalmente no vácuo.
E é exatamente aqui que reside a solução para o problema: "O nosso truque é que não aquecemos no vácuo, mas numa atmosfera de gás nobre", diz Markus Lackinger. "Os átomos de árgon mantêm as nossas moléculas na superfície da grafite o tempo suficiente para reagirem umas com as outras a temperaturas mais elevadas sem se afastarem." Outro truque foi aumentar a temperatura cerca de cem vezes mais devagar do que o habitual. Esta é a única forma de dar tempo suficiente às moléculas para se ligarem e estabilizarem à temperatura de reação.
O método funciona mesmo nas superfícies do material milagroso que é o grafeno. Este material bidimensional, com apenas um átomo de carbono de espessura, é ainda menos reativo e particularmente atrativo para a ciência devido às suas propriedades exóticas: "As nanoestruturas moleculares covalentes sobre o grafeno podem ser o ponto de partida para a produção e investigação de novos tipos de componentes electrónicos feitos de nanoestruturas moleculares", diz Markus Lackinger.
Com a publicação da "panela de pressão molecular", como Markus Lackinger designa o aquecimento em gás nobre, na revista Angewandte Chemie International Edition, os resultados poderão também servir de base a outros trabalhos de investigação de outros grupos de trabalho. No entanto, nos laboratórios do Museu de Investigação na Ilha dos Museus, em Munique, os cientistas vão primeiro testar o seu método com outras moléculas.
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