Nanotubos originais

Publicado em 15/02/2009
02/2009 – Revista Meio Filtrante

Um grupo de pesquisadores brasileiros descobriu uma nova família de nanotubos metálicos ocos e quadrados. O inesperado arranjo atômico é formado espontaneamente quando nanofios de prata são submetidos à tensão mecânica.

O estudo, cujos resultados foram publicados na revista Nature Nanotechnology, foi feito por cientistas do Instituto de Física da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), sob a coordenação de Daniel Ugarte e Douglas Galvão.

Ugarte, que é professor da Unicamp e pesquisador do LNLS, afirma que os nanotubos – tão pequenos quanto possível, já que sua base quadrada é formada por quatro átomos de prata – surpreenderam a equipe.

“A formação de estruturas quadradas era esperada, pelas características da prata, mas ficamos realmente surpresos com o fato de se formarem nanotubos ocos. Essa descoberta sugere que talvez existam muito mais nanoestruturas exóticas do que podíamos imaginar”, disse Ugarte à Agência FAPESP.

A equipe envolvida com o estudo trabalha há cerca de dez anos com nanofios metálicos. Em 2007, o grupo publicou na Nature Nanotechnology um artigo que foi incluído entre os 12 destaques do ano da publicação. No texto, os cientistas apresentavam os primeiros nanofios já produzidos com átomos de dois metais diferentes: ouro e prata.

Segundo Ugarte, o trabalho atual começou como um projeto sobre a propriedade de transporte de eletricidade pelos nanofios. Mas, para interpretar os dados, era preciso estudar a estrutura dos fios por meio de microscopia eletrônica de alta resolução.

“Pegamos um fio de 1 nanômetro e o esticamos de modo que pudéssemos observar a reordenação dos átomos conforme ele afinava. Esse experimento também é usado para ensaios mecânicos, a fim de estudar como os fios respondem à tensão. Fazemos isso com vários metais”, disse.

Os cientistas também investigaram o efeito da temperatura nesse reordenamento de átomos. Como já haviam estudado a ruptura dos fios de prata à temperatura ambiente, resolveram fazer o experimento a temperaturas de cerca de 150ºC negativos.

Arranjo exótico
O microscópio eletrônico utilizado estava ligado a um equipamento de DVD e o processo foi inteiramente registrado, facilitando a interpretação da etapa de rompimento dos nanofios.

“Foi então que um estudante da nossa equipe deparou com uma estrutura que não podíamos explicar pelos modelos teóricos disponíveis. As imagens de microscopia eram de excelente qualidade e nos permitiram interpretar que, de fato, eram tubos, algo bastante exótico”, disse.

De acordo com Ugarte, nenhum trabalho anterior cogitou a possibilidade de existência de uma estrutura com tal formato – nem mesmo do ponto de vista teórico ou especulativo. O arranjo em nanotubos quadrados ocos não é estável. As estruturas só existem enquanto há tensão e não podem ser observadas quando os nanofios são estudados à parte desse processo dinâmico.

“Como sempre nos baseamos em modelos criados a partir do conhecimento de metais macroscópicos, não podíamos prever esse arranjo exótico. Agora vamos fazer uma série de experimentos com outros materiais, pois suspeitamos que muitas estruturas imprevistas deverão aparecer”, contou.

Os resultados, segundo o pesquisador, deverão ajudar a compreender fenômenos ligados ao atrito e à adesão em nível nanométrico, além de abrir caminho para a possível utilização de nanopeças metálicas como reforço estrutural ou para a produção de condutores elétricos que seriam inseridos em nanodispositivos eletrônicos.

Além de Ugarte e Galvão, que também é do Instituto de Física da Unicamp, participaram da pesquisa Maureen Lagos e Jefferson Bettini, do LNLS, e Fernando Sato e Varlei Rodrigues, da Unicamp. Lagos e Sato realizam, respectivamente, doutorado e pós-doutorado com bolsas da FAPESP. O artigo Observation of the smallest metal nanotube with a square cross-section, de Daniel Ugarte e outros, pode ser lido em www.nature.com/nnano

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