Nanodiamantes por conceção molecular
Estudo da Nature apresenta uma nova via para a produção de nanopartículas de diamante por medida
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Os nanodiamantes são minúsculas partículas de diamante com apenas alguns nanómetros de dimensão. Por serem quimicamente muito estáveis e poderem alojar os chamados centros de cor, defeitos opticamente activos na rede cristalina, são considerados materiais promissores para as tecnologias quânticas, a deteção e a investigação biomédica. Até agora, porém, tem sido difícil produzir nanodiamantes com tamanho uniforme, elevada pureza e propriedades ópticas integradas com precisão.
Uma equipa internacional de investigação liderada pelo Dr. Yingke Wu e pela Professora Tanja Weil do Instituto Max Planck para a Investigação de Polímeros desenvolveu agora uma nova estratégia de síntese: em vez de dividir diamantes maiores em partículas mais pequenas, a equipa constrói nanodiamantes a partir da base, utilizando blocos de construção de nanografeno definidos molecularmente. Sob alta pressão e a altas temperaturas, estas moléculas planas de carbono são diretamente convertidas em nanoestruturas altamente cristalinas, semelhantes a diamantes.
A principal vantagem desta abordagem ascendente reside no seu controlo a nível molecular. Uma vez que a estrutura, o tamanho e a composição das moléculas iniciais são definidos com precisão, as propriedades dos nanodiamantes resultantes podem ser controladas de forma muito mais eficaz do que com os métodos convencionais de moagem ou de cima para baixo. Utilizando esta estratégia, a equipa conseguiu produzir nanodiamantes particularmente pequenos e uniformes, com cerca de três a quatro nanómetros.
Outro aspeto importante é que os centros de cor opticamente activos podem ser incorporados na estrutura do diamante diretamente durante a síntese. Utilizando precursores moleculares adequados, podem ser gerados emissores à base de silício e germânio sem necessidade de implantação iónica, irradiação ou pós-tratamento posterior. Isto torna possível produzir nanodiamantes fluorescentes com propriedades ópticas adaptadas numa única etapa de síntese.
"Acreditamos que esta plataforma oferece uma base escalável para o desenvolvimento de sensores quânticos, emissores fotónicos integrados e nanomateriais programáveis à base de diamante", afirma Tanja Weil.
Os novos nanodiamantes moleculares abrem oportunidades promissoras para aplicações em tecnologia quântica, por exemplo, como fontes estáveis de fotão único ou sensores à escala nanométrica. São também interessantes para a investigação biológica e médica: a longo prazo, poderão servir como repórteres ópticos robustos para visualizar processos em células ou outros ambientes biológicos à escala mais pequena.
Os resultados da equipa internacional foram publicados na revista Nature.
Instituições participantes
O estudo envolveu o Sincrotrão Eletrónico Alemão (DESY), a Universidade Goethe de Frankfurt, a Universidade Johannes Gutenberg de Mainz, o Instituto Leibniz para Novos Materiais, o Instituto Max Planck de Colóides e Interfaces, o Instituto Max Planck para a Investigação de Polímeros, a Universidade de Cambridge, a Universidade de Saarland, a Universidade de Göttingen e a Universidade de Ulm.
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Publicação original
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