O pequeno faz-tudo – Nanofios produzidos sob vácuo têm um enorme potencial

O pequeno faz-tudo – Nanofios produzidos sob vácuo têm um enorme potencial

Painéis solares mais eficientes, computadores mais rápidos, equipamento de diagnóstico médico mais preciso – Os nanofios semicondutores poderão vir a contribuir para tudo isto. Cientistas de materiais criam-nos recorrendo a níveis de vácuo muito elevados.
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Fios produzidos a partir de ferro, cobre ou aço representam um material prático, que a Humanidade tem usado desde a Idade do Bronze Média. As únicas semelhanças com nanofios, porém, são o formato e a designação. Adicionalmente ao metal, os nanofios também podem ser criados a partir de semimetais ou carbono puro, e são sintetizados em vez de extraídos de matéria-prima sólida durante a manufatura. A diferença fundamental, porém, é o tamanho: tem, no máximo, alguns micrómetros de comprimento e um diâmetro de entre cinco e 100 nanómetros. Em comparação, um cabelo humano, que tem uma espessura de cerca de 50 000 nanómetros, parece uma corda grossa, como aquelas usadas na náutica.

Módulos versáteis de alto desempenho

As estruturas compridas foram descobertas no início da década de 90 do século passado. Investigadores e cientistas de materiais rapidamente reconheceram o potencial destes objetos compridos. Os fragmentos minúsculos, por exemplo, são considerados especialmente úteis no avanço da miniaturização da eletrónica, levando-a da escala microscópica para a nanoscópica.

As dimensões minúsculas do mundo nanoscópico regem-se por leis da física muito particulares. A corrente elétrica é mais facilmente controlada em nanofios do que o é em materiais convencionais, uma vez que os eletrões se movem mais rapidamente – um aspeto crucial para a construção de microchips, ou melhor, nanochips inovadores. No futuro, será provavelmente possível criar computadores extremamente potentes ou sensores altamente precisos para equipamentos de diagnóstico médico, utilizando nanofios.

A energia fotovoltaica representa mais uma área de aplicação promissora. Células fotovoltaicas convencionais conseguem absorver cerca de 60 porcento da luz solar. Nanofios dispostos lado a lado poderão absorver 90 porcento. Adicionalmente, as estruturas minúsculas conseguem enfeixar e emitir luz. Se forem instalados em chips, poderão ser usados como pequenos lasers semicondutores.

O vácuo cria um ambiente propício para o crescimento puro

Os nanofios têm de ser constituídos por materiais extremamente puros, isentos de qualquer contaminação, para que possam mostrar as suas características únicas. É por esta razão que são produzidos sob níveis de vácuo muito altos. A Busch também intervém nesta área.

Primeiro, diversos átomos ou pequenas moléculas são disparados contra placas de suporte de silício. Subsequentemente, os cristais semicondutores auto-organizam-se e crescem verticalmente, criando o formato de fio pretendido. Este procedimento permite criar inclusive nanofios semicondutores multicamada personalizados para finalidades específicas. As camadas individuais são aptas para diversas tarefas, pelo que aumentam ainda mais o leque de possibilidades técnicas. A investigação está em pleno curso.

As leis clássicas da física não são, de todo, tão universais quanto julgámos durante muitos anos. Ao embrenharem-se nos pequenos mundos da escala nanoscópica, os investigadores descobriram algo interessante: que ao passar os 50 nanómetros, se ultrapassava um limiar. Às escalas inferiores, as substâncias regem-se pelas leis da física quântica.

Uma vez que as nanopartículas são muito pequenas, a sua superfície é deveras grande quando comparada com o seu volume. Devido a estas superfícies relativamente grandes, as nanopartículas são mais propensas às reações químicas. As forças de inércia deixam de ter influência, enquanto o efeito das forças de superfície, tais como a força de Van der Waals, aumenta. As cargas da superfície e os efeitos termodinâmicos, como o movimento browniano, também desempenham uma função – quanto mais pequena for a partícula, mais forte será o efeito.

Isto confere às nanopartículas propriedades óticas, magnéticas e elétricas muito diferentes das de partículas ou sólidos maiores. O ouro, por exemplo, brilha num espetro de cores do vermelho ao carmesim no mundo nanoscópico. As gotículas de água nanoscópicas mantêm-se estáveis durante algumas horas e podem até pairar no ar, sem que evaporem. Nanotubos de carbono são extremamente resistentes a rasgos e elásticos. Eles conduzem calor e, dependendo da sua estrutura, também podem conduzir corrente elétrica com perdas mínimas.


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