Trabalho premiado obtém novo nanomaterial e propõe metodologia inédita para análise de nanotubos de carbono

Um novo material obtido a partir da modificação estrutural do grafeno e uma técnica simples e rápida para caracterização de nanotubos de carbono são alguns dos resultados obtidos pela física Ana Paula Moreira Barboza (em foto de Foca Lisboa) com a pesquisa ganhadora do Grande Prêmio UFMG de Teses, edição 2013, na área de Ciências Exatas e da Terra e Engenharias. Orientada pelo professor Bernardo Ruegger Almeida Neves, ela também conseguiu confirmar previsões teóricas sobre a possibilidade de manipular as propriedades eletromecânicas de nanomateriais utilizando técnicas de Microscopia de Varredura por Sonda (Scanning Probe Microscopy – SPM, em inglês).

“É muito bom quando conseguimos demonstrar algo previsto pela teoria ou quando a teoria consegue explicar algo que observamos no laboratório”, comenta a pesquisadora. Segundo ela, os resultados obtidos na tese são um passo importante na caracterização desses namomateriais, e existem possibilidades de aplicações práticas, sobretudo em dispositivos eletrônicos. Aluna do Departamento de Física da UFMG desde a graduação, passando pelo mestrado, Ana Paula Barboza conta que nunca teve dúvidas sobre a área em que iria atuar. “No colégio tive um professor muito bom de Física, o que reforçou meu interesse pelo tema”, relembra.

Diamondol
Material isolante, ainda não totalmente caracterizado, o Diamondol é resultado de modificação estrutural do grafeno, a partir da aplicação de grande compressão em áreas extremamente pequenas. “Conseguimos uma evidência experimental indireta dessa alteração em condições ambientes”, relata a pesquisadora. A principal vantagem dessa descoberta é a possibilidade de criação de junções condutoras (grafeno)/não-condutoras (Diamondol) em áreas de um circuito eletrônico.

A pesquisadora também enfrentou o desafio de caracterizar nanotubos de carbono isolados quanto ao seu caráter metálico ou semicondutor. Segundo ela, existem algumas metodologias de caracterização bastante conhecidas na comunidade científica.

Entretanto, elas são trabalhosas e demandam muito tempo e paciência. A metodologia proposta por Ana Paula pode ser aplicada em qualquer laboratório que trabalhe com técnicas de SPM. “Caracterizar um nanotubo isoladamente é muito difícil, principalmente por causa do seu tamanho. Às vezes demoramos mais de um dia para localizar apenas um tubo na amostra”, informa.

Além de mais ágil, a nova metodologia também dispensa condições específicas, como a disposição do nanotubo na superfície da amostra.

“Observamos diferenças nas respostas elétricas de tubos metálicos e semicondutores a um campo elétrico aplicado. Não apenas a intensidade das respostas é diferente, mas o perfil nas imagens de Microscopia de Força Elétrica é qualitativamente diverso para tubos metálicos e semicondutores, permitindo sua identificação”, explica.

Previsões confirmadas
Um mesmo nanotubo pode se comportar como condutor ou semicondutor de eletricidade, dependendo da superfície com a qual esteja em contato, previam cálculos teóricos. Mas esse material de fato se comporta assim na natureza? Em intensa colaboração com grupo de pesquisa do Departamento de Física que estuda cálculos de estruturas eletrônicas, Ana Paula Barboza confirmou a previsão, fazendo testes com diferentes materiais. Para entender o funcionamento dessa técnica,“basta fecharmos os olhos e começarmos a descrever as coisas em termos do nosso tato”, ensina a pesquisadora. No microscópio, uma ponta muito fina, de poucos nanômetros, tateia a superfície a ser estudada – um nanômetro é o tamanho que se obtém quando se divide um milímetro da régua em um milhão de partes. “Nessa escala existem novas e desafiadoras propriedades na matéria”, observa.

Com o intuito de controlar o comportamento elétrico de nanotubos de carbono semicondutores a partir de sua superfície de contato, a pesquisadora encontrou, em amostras de grafeno de duas ou mais camadas, evidências teóricas e experimentais da chamada diamantização. Induzido por compressão, tal processo dá origem a um novo material, uma monocamada de diamante hidroxilado, ou Diamondol, que se comporta como isolante ferromagnético.

Para a pesquisadora, um dos méritos do seu trabalho foi a possibilidade de utilizar o microscópio de varredura por sonda “não apenas como uma poderosa lente de aumento” para visualizar uma superfície, mas, sobretudo, como ferramenta de modificação dessas superfícies. “Isso nos permitiu obter a confirmação experimental de algumas previsões teóricas e a explicação teórica de alguns resultados experimentais até então desconhecidos”, destaca.

Tese: Propriedades eletromecânicas de nanoestruturas por Microscopia de Varredura por Sonda
Autora: Ana Paula Moreira Barboza
Orientador: Bernardo Ruegger Almeida Neves
Defesa: março de 2012, no Programa de Pós-Graduação em Física, do Instituto de Ciências Exatas (ICEx)

(Ana Rita Araújo / Boletim UFMG, edição 1843)