Multitalento minúsculo - Nanofios produzidos a vácuo têm um grande potencial

Multitalento minúsculo - Nanofios produzidos a vácuo têm um grande potencial

Painéis solares mais eficientes, computadores mais rápidos, equipamentos médicos de diagnóstico mais precisos – os nanofios semicondutores podem contribuir com todos eles. Os cientistas de materiais os cultivam usando níveis de vácuo muito elevados.
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O fio trefilado de ferro, cobre ou aço é um material prático que a humanidade tem usado desde a Idade do Bronze Média. O nanofio é apenas semelhante em forma e nome. Além do metal, o nanofio também pode ser feito de um semimetal ou carbono puro e é sintetizado, em vez de ser retirado de matérias-primas sólidas durante a fabricação. A diferença crucial, porém, é o tamanho: vários micrômetros de comprimento no máximo, com um diâmetro entre cinco e 100 nanômetros. Um cabelo humano tem cerca de 50.000 nanômetros de espessura e, em comparação, parece uma corda grossa que encontramos em navios.

Blocos de construção versáteis e de alto desempenho

As longas estruturas foram descobertas no início da década de 90. Os pesquisadores e cientistas de materiais logo reconheceram o potencial de objetos tão longos. Por exemplo, os pequenos trechos são considerados especialmente úteis para avançar com a miniaturização de eletrônicos, levando-os do nível micro para a escala nanoscópica.

As pequenas dimensões nano são regidas por leis físicas muito particulares. A corrente elétrica pode ser mais facilmente controlada em nanofios do que em materiais convencionais, porque os elétrons se movem mais rapidamente – um aspecto importante para a construção de microchips inovadores, ou melhor, nanochips. No futuro, provavelmente será possível construir computadores particularmente potentes ou sensores de alta precisão para equipamentos médicos de diagnóstico usando nanofios.

A tecnologia fotovoltaica é mais uma área de aplicação promissora. As células solares convencionais podem absorver cerca de 60% da luz solar. As nanofios colocados lado a lado podem absorver 90%. As mini-estruturas também podem agrupar e emitir luz. Se instalados em chips, eles poderiam ser usados como pequenos lasers semicondutores.

O vácuo cria ambiente para o crescimento puro

As nanofios precisam ser compostos de material extremamente puro, livre de qualquer contaminação, a fim de exibir suas características únicas. É por isso que eles são fabricados usando níveis de vácuo muito elevados. A Busch também atua neste campo.

Primeiro, vários átomos ou pequenas moléculas são disparados sobre placas portadoras de silício. Os cristais semicondutores se auto-organizam posteriormente e crescem para criar a forma do fio desejada. É até mesmo possível criar nanofios semicondutores com multicamadas personalizados para fins específicos utilizando este procedimento. As camadas individuais podem lidar com diferentes tarefas e, além disso, expandir as possibilidades técnicas. A pesquisa está a todo vapor.

As leis clássicas da física não são, de forma alguma, tão universais como há muito pensamos. À medida que os pesquisadores se aprofundavam nos pequenos mundos da escala nanoscópica, eles encontraram algo surpreendente: atravessaram um limite de 50 nanômetros. Abaixo dele, as substâncias seguem as leis quânticas físicas.

Como as nanopartículas são tão pequenas, a sua superfície é muito grande em comparação com seu volume. Essas superfícies relativamente grandes tornam as nanopartículas mais propensas a reações químicas. As forças de inércia perdem a sua influência enquanto o efeito de forças de superfície como Van der Waals aumenta. Cargas superficiais e efeitos termodinâmicos, como o movimento browniano, também desempenham um papel - quanto menor a partícula, mais forte será o efeito.

Isto dá às nanopartículas propriedades ópticas, magnéticas e elétricas muito diferentes das partículas maiores ou sólidas. Por exemplo, o ouro brilha de vermelho a púrpura no mundo nano. Gotas de água de tamanho nanométrico permanecem estáveis por horas e podem até mesmo pairar no ar sem evaporar. Os nanotubos de carbono são extremamente resistentes ao rompimento e elásticos. Eles conduzem calor e, dependendo da estrutura, também podem conduzir corrente com perdas mínimas.


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