O efeito acordeão torna o grafeno extensível
Nova propriedade do grafeno revelada por medição ultra-limpa sem ar Ambiente
O grafeno é um "material milagroso": mecanicamente extremamente forte e eletricamente altamente condutor, ideal para aplicações relacionadas. Utilizando um método único a nível mundial, os físicos da Universidade de Viena, liderados por Jani Kotakoski, conseguiram pela primeira vez tornar o grafeno drasticamente mais extensível, ondulando-o como um acordeão. Isto abre caminho a novas aplicações em que é necessária uma certa elasticidade (por exemplo, a eletrónica vestível). Numa colaboração com a Universidade de Tecnologia de Viena, o mecanismo exato deste fenómeno foi revelado e publicado na revista Physical Review Letters.
A primeira prova experimental do grafeno, em 2004, estabeleceu uma classe de materiais completamente nova, os chamados sólidos bidimensionais (2D). O seu nome deriva do facto de terem apenas uma única camada de átomos de espessura, dando origem a propriedades materiais exóticas que podem beneficiar várias áreas de aplicação. O grafeno, por exemplo, destaca-se pela sua enorme condutividade eléctrica, mas é também muito rígido. Esta rigidez extrema resulta da disposição em forma de favo de mel dos átomos no material. Intuitivamente, a remoção de alguns átomos do material, juntamente com as suas ligações, deveria levar a uma redução da rigidez. No entanto, estudos científicos registaram tanto uma ligeira redução como um aumento significativo.
Estas contradições foram agora esclarecidas através de novas medições efectuadas por investigadores do grupo liderado por Jani Kotakoski na Universidade de Viena. As experiências foram realizadas com dispositivos de última geração, todos partilhando o mesmo ambiente ultra-limpo e sem ar. Isto permite o transporte de amostras entre os diferentes dispositivos sem nunca serem expostas ao ar ambiente. "Este sistema único que desenvolvemos na Universidade de Viena permite-nos examinar materiais 2D sem interferência", explica Jani Kotakoski. Wael Joudi, primeiro autor do estudo, acrescenta: "Pela primeira vez, este tipo de experiência foi realizado com o grafeno totalmente isolado do ar ambiente e das partículas estranhas que contém. Sem esta separação, estas partículas instalar-se-iam rapidamente na superfície, afectando o procedimento da experiência e as medições".
De facto, a atenção dada à limpeza meticulosa da superfície do material levou à descoberta do chamado efeito de acordeão no que diz respeito à rigidez do grafeno: a remoção de dois átomos vizinhos leva já a uma protuberância percetível do material inicialmente plano. Várias protuberâncias juntas resultam numa ondulação do material: "Pode imaginar-se como um acordeão. Quando puxado para fora, o material ondulado fica agora achatado, o que requer muito menos força do que esticar o material plano e, por conseguinte, torna-se mais extensível", explica Wael Joudi. As simulações efectuadas pelos físicos teóricos Rika Saskia Windisch e Florian Libisch, da Universidade de Tecnologia de Viena, confirmam tanto a formação de ondas como a elasticidade daí resultante.
As experiências mostraram também que as partículas estranhas na superfície do material não só suprimem este efeito, como conduzem ao resultado oposto. Especificamente, a sua influência faz com que o material pareça mais rígido, o que também explica as contradições do passado. "Isto mostra a importância do ambiente de medição quando se lida com materiais 2D. Os resultados abrem uma via para regular a rigidez do grafeno, abrindo assim caminho a potenciais aplicações", conclui Wael Joudi.
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