Nanotubo de benzeno nasce configurável para cada aplicação

Redação do Site Inovação Tecnológica - 28/01/2019

Um cilindro pNT de tamanho nanométrico, um nanotubo de fenina formado por 40 benzenos.
[Imagem: Hiroyuki Isobe]

Nanotubo de fenina

Pela primeira vez, pesquisadores conseguiram usar o benzeno - um hidrocarboneto comum - para criar um novo tipo de nanotubo molecular, o que pode levar a novas aplicações de semicondutores à base de nanocarbono.

O nanotubo de fenina (pNT: phenine nanotube) é um derivado dos conhecidos nanotubos de carbono. Contudo, apesar de uma técnica mais complexa de fabricação, ele sai muito mais homogêneo e com uma simetria e simplicidade que abrem campos novos de aplicação.

A síntese química de nanotubos é notoriamente difícil, ainda mais quando se pretende controlar delicadamente as estruturas para fornecer propriedades e funções únicas.

Os nanotubos de carbono, por exemplo, embora famosos por suas estruturas de grafite sem defeitos - uma folha de grafeno enrolada -, variam muito em comprimento e diâmetro e, pior de tudo, saem do processo produtivo em dois "sabores" - metálicos e semicondutores -, não existindo ainda uma técnica para separá-los.

Nanotubo de benzeno

Zhe Sun e seus colegas da Universidade de Tóquio queriam um nanotubo que pudesse ser fabricado em único tipo para evitar esses contratempos.

Além disso, eles queriam que o nanotubo pudesse ser fabricado com "defeitos controlados" dentro de sua estrutura cilíndrica de tamanho nanométrico, para permitir que moléculas adicionais possam ser incorporadas seletivamente para se obter novas propriedades e funções - o famoso processo de "dopagem", que viabilizou toda a eletrônica.

O processo de síntese dos nanotubos de fenina começa com o benzeno, um anel hexagonal de seis átomos de carbono. Reações combinam seis desses benzenos para formar um anel hexagonal maior, chamado ciclo-meta-fenileno (CMP). Em seguida, são usados átomos de platina, que permitem que quatro CMPs formem um cubo de extremidade aberta. Quando a platina é removida, o cubo se transforma em um círculo espesso dotado de moléculas nas duas extremidades, permitindo então emergir a forma de tubo.

[Imagem: Zhe Sun et al. - 10.1126/science.aau5441]

Dopagem programada

O processo une os benzenos da maneira correta em 90% das vezes. Outro elemento chave está na simetria da molécula, que simplifica o processo de montar até 40 benzenos. Esses benzenos, também chamados de feninas, são usados como painéis para formar o cilindro nanométrico.

O resultado é uma nova estrutura de nanotubo com defeitos periódicos intencionais. Investigações teóricas mostram que esses defeitos dão ao nanotubo características semicondutoras, mas isto ainda terá que ser averiguado, medindo sobretudo a banda de energia desse eventual semicondutor.

"Esperamos que a beleza da nossa molécula também esteja apontando para propriedades únicas e funções úteis que estão esperando para serem descobertas," disse o professor Hiroyuki Isobe, coordenador da equipe.

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