Os grafenos já podem ser considerados como os mais famosos materiais bidimensionais que se conhecem na atualidade. No entanto, existem também os dicalcogenetos de metais de transição (TMDC) como o dissulfeto de molibdênio, cuja propriedade eletrônica passa a depender da espessura do material produzido. Estas estruturas lamelares (como folhas que se empilham) podem ser modificadas por intercalação com outros elementos, sendo também aplicadas como lubrificantes sólidos e em catalisadores.
De modo geral, a busca por dispositivos eletrônicos tem focado em materiais que sejam ótimos condutores elétricos e que permitam a passagem da luz (o que não é uma combinação fácil de se conseguir). Assim, a busca por substratos condutores e transparentes passa a figurar como um importante desafio na área. Em estudo recente desenvolvido na Rice University (e publicado no periódico ACS Nano) é descrito um processo rápido de conversão que não faz uso de solvente algum (apenas uma descarga elétrica que gera um aumento abrupto na temperatura) e que converte dicalcogenetos de semicondutores para materiais metálicos. Para tanto, é feita uma mistura do dicalcogeneto com negro de fumo ou pó de tungstênio (aditivos para melhorar a condutividade) que é colocada em um tubo de cerâmica com dois eletrodos. A circulação de uma corrente (enorme) de 1350 A se dá com o tubo sob condição de vácuo, após o que é gerado o pó metálico.
Segundo os autores, o pulso de excitação (tempo em que o pulso de calor gerado pelo efeito Joule persiste) define as propriedades eletrônicas do material resultante. As vantagens relacionadas a este processo são relativas à escala (muito material pode ser produzido ao mesmo tempo) e também à mínima geração de resíduos (processo realizado sem solventes).
Estas estruturas passam a então a figurar como novos elementos (ou blocos de construção) que podem ser incorporados na nova eletrônica requerida pela internet das coisas e pelas cidades inteligentes: nela, dispositivos flexíveis, integrados em roupas e que funcionam autonomamente são necessários. Desta forma, menos metais e mais nanotecnologia se faz necessária para integrar sensores e transmissores wifi por todos os cantos, inclusive dentro do corpo.
E com isso, a produção de dispositivos integrados a células e geradores triboelétricos e piezoelétricos é fundamental para que a energia seja coletada de todas as formas possíveis. O futuro requer baterias inteligentes que não precisem mais ir às tomadas. E para isso, novos materiais (como os descritos acima) são fundamentais.
Referência:
Fonte: Weiyin Chen et al, Millisecond Conversion of Metastable 2D Materials by Flash Joule Heating, ACS Nano (2021). DOI: 10.1021/acsnano.0c08460
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Helinando Oliveira é Professor da Universidade Federal do Vale do São Francisco (Univasf) desde 2004 e coordenador do Laboratório de Espectroscopia de Impedância e Materiais Orgânicos (LEIMO).