Pesquisadores ligados ao Centro de Inovação em Novas Energias desenvolveram estratégia para produzir o nitreto de boro hexagonal, também conhecido como grafeno branco (processo de esfoliação do nitreto de boro hexagonal; crédito: Materials Today Advances)

Publicado em 11/01/2022

Agência FAPESP* – Os materiais bidimensionais, assim chamados porque a sua espessura varia de apenas um átomo até poucos nanômetros, têm ganhado protagonismo graças às suas propriedades únicas e à miniaturização de dispositivos que ocorre em segmentos tão diversos como eletrônica, saúde ou energia. Entretanto, a preparação de alguns desses materiais em escala industrial, mantendo as suas propriedades, ainda é um desafio.

Em trabalho realizado no Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (Ipen) e recentemente publicado no periódico Materials Today Advances, pesquisadores ligados ao Centro de Inovação em Novas Energias (CINE) e ao Centro de Ciência e Tecnologia de Materiais do Ipen apresentam uma importante contribuição à busca por métodos que viabilizem a produção industrial desses materiais ultrafinos.

Os autores desenvolveram um método rápido, limpo e simples para obter nanofolhas de nitreto de boro hexagonal, que são formadas por camadas planas de átomos de boro e nitrogênio dispostos em forma de hexágonos. Pelas suas propriedades eletrônicas e mecânicas e a sua alta capacidade de adsorção, o material é promissor, por exemplo, para aplicações na área de geração e armazenamento de energias renováveis – um dos focos do CINE, um Centro de Pesquisa em Engenharia (CPE) constituído pela FAPESP em parceria com a Shell.

Para obter o nitreto de boro hexagonal na sua versão bidimensional, é necessário esfoliá-lo, ou seja, extrair folhas de poucas camadas de espessura a partir da versão macroscópica. Conhecido como grafeno branco, o nitreto de boro hexagonal é semelhante ao material de carbono em muitos aspectos, mas é muito mais difícil de se esfoliar.

“Neste trabalho foi apresentado um método de esfoliação de cristais de nitreto de boro em um material de poucas camadas, de dimensões nanométricas, por meio do plasma de uma bobina de Tesla modificada”, descreve Almir Oliveira Neto, pesquisador titular no Ipen e membro do CINE, que liderou o trabalho.

A bobina de Tesla é um aparelho simples, que pode ser construído artesanalmente, capaz de produzir descargas de alta tensão (arcos voltaicos). Essas descargas elétricas ionizam o entorno, formando o chamado “plasma frio”, no qual os elétrons estão em um estado energético mais alto do que o resto das partículas. A esfoliação do nitreto de boro pelo novo método ocorre quando os elétrons são disparados contra uma quantidade macroscópica de nitreto de boro. Nesse momento, parte da energia dos elétrons é transferida para a estrutura do cristal, o que aumenta a distância de ligação entre as camadas atômicas até um ponto em que a ligação se rompe.

De acordo com Oliveira Neto e o pós-doutorando Fernando Brambilla de Souza, autores principais do artigo, o método é promissor para a produção industrial desse material bidimensional. Além de possibilitar o aumento da escala de produção, a metodologia só utiliza nitreto de boro, energia elétrica e gás nitrogênio como insumos. Além disso, o processo pode ser realizado em apenas uma etapa em um equipamento compacto, que pode ser construído facilmente e com baixo custo.

O estudo teve apoio da FAPESP por meio de três projetos (14/09087-4, 14/50279-4 e 17/11937-4). Os resultados completos podem ser conferidos no artigo Facile, clean and rapid exfoliation of boron-nitride using a non-thermal plasma process, disponível em: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590049821000515?via%3Dihub.

* Com informações da Assessoria de Comunicação do CINE.
 

Fonte: https://agencia.fapesp.br/37694