Quando as folhas de nanomateriais bidimensionais como o grafeno são empilhadas umas sobre as outras, pequenos espaços se formam entre as folhas que têm uma ampla variedade de usos potenciais. Em pesquisa publicada na revista Nature Communications, uma equipe de pesquisadores da Brown University encontrou uma maneira de orientar essas lacunas, chamadas de nanocanais, de uma forma que os torne mais úteis para filtrar água e outros líquidos de contaminantes em nanoescala.
“Na última década, todo um campo surgiu para estudar esses espaços que se formam entre os nanomateriais 2D”, disse Robert Hurt, professor da Escola de Engenharia de Brown e co-autor da pesquisa. “Você pode cultivar coisas lá, pode armazenar coisas lá, e existe esse campo emergente de nanofluídicos onde você usa esses canais para filtrar algumas moléculas enquanto deixa outras passarem.”
Há um problema, entretanto, em usar esses nanocanais para filtração e tem a ver com a maneira como esses canais são orientados. Como um caderno feito de folhas de papel empilhadas, as pilhas de grafeno são finas na direção vertical em comparação com seu comprimento e largura horizontais. Isso significa que os canais entre as folhas são igualmente orientados horizontalmente. Isso não é ideal para filtração, porque o líquido tem que percorrer um caminho relativamente longo para ir de uma extremidade a outra de um canal. Seria melhor se os canais fossem perpendiculares à orientação das folhas. Nesse caso, o líquido só precisaria atravessar a altura vertical relativamente fina da pilha em vez de um comprimento e largura muito maiores.
Mas até agora, diz Hurt, ninguém havia descoberto uma boa maneira de fazer nanocanais de grafeno orientados verticalmente. Isso até Muchun Liu, um ex-pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Hurt, descobrir uma nova maneira de fazer isso.
O método de Liu envolve o empilhamento de folhas de grafeno sobre um substrato elástico, que é colocado sob tensão para esticá-lo. Após a deposição das folhas, a tensão sobre o substrato é liberada, o que permite sua contração. Quando isso acontece, o conjunto de grafeno no topo se enruga em picos e vales agudos.
“Quando você começa a enrugar o grafeno, está inclinando as folhas e os canais para fora do plano”, disse Liu, que agora é pesquisador do Instituto de Tecnologia de Massachusetts. “Se você enrugar muito, os canais acabam ficando alinhados quase na vertical.”
Uma vez que os canais estão quase verticais, o conjunto é envolto em epóxi, e as partes superior e inferior são então aparadas, o que abre os canais por todo o material. Os pesquisadores apelidaram as assembleias de VAGMEs (membranas de grafeno alinhadas verticalmente).
“O que acabamos com é uma membrana com esses canais curtos e muito estreitos, através dos quais apenas moléculas muito pequenas podem passar”, disse Hurt. “Então, por exemplo, a água pode passar, mas os contaminantes orgânicos ou alguns íons de metal seriam muito grandes para passar. Portanto, você poderia filtrá-los.”
O teste de prova de conceito demonstrou que o vapor de água pode passar facilmente por um VAGME, enquanto o hexano – uma molécula orgânica maior – foi filtrado. Os pesquisadores planejam continuar desenvolvendo a tecnologia, de olho em potenciais aplicações de filtragem industrial ou doméstica.
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