Em um estudo publicado em Cartas de Física Aplicadapesquisadores da Universidade de Tohoku introduziu um método de fluoração suave para resolver a limitação de banda zero do grafeno.
A maioria dos materiais eletrônicos tem um bandgap, ou “portão”, que controla o fluxo de eletricidade, permitindo ou bloqueando-o. Este mecanismo permite o funcionamento de dispositivos como computadores e smartphones. O grafeno, no entanto, carece de bandgap, fazendo com que ele conduza eletricidade continuamente e tornando-o inadequado para aplicações de comutação.
Para superar isso, os cientistas frequentemente adicionam pequenas quantidades de átomos de flúor ao grafeno. Esta abordagem altera ligeiramente sua estrutura, criando um bandgap enquanto mantém suas propriedades principais. No entanto, os métodos convencionais de fluoração dependem de produtos químicos tóxicos, tornando-os perigosos e impraticáveis para uso em larga escala.
Desenvolvemos uma abordagem ecologicamente correta, na qual utilizamos fluoropolímeros sob condições controladas para obter fluoração seletiva. Este avanço também permite fotoluminescência aprimorada e propriedades de transporte ajustáveis, ao mesmo tempo que mantém alta mobilidade do portador, tornando o grafeno mais aplicável para uso em dispositivos optoeletrônicos e de energia.
Dr. Yaping Qi, professor assistente, Universidade de Tohoku
A equipe de pesquisa, liderada por Qi, usou técnicas avançadas como mapeamento de fotoluminescência (PL) e espectroscopia Raman para estudar como a fluoração afeta a estrutura e as propriedades ópticas do grafeno. Seus experimentos mostraram que o grafeno fluorado apresenta propriedades aprimoradas de emissão de luz, tornando-o um materials promissor para LEDs, sensores e outras tecnologias relacionadas à energia.
Este trabalho também está conectado ao desenvolvimento de heteroestruturas de van der Waals (vdW), que envolvem o empilhamento de diferentes materiais 2D para alcançar multifuncionalidade. Essas estruturas têm aplicações potenciais em armazenamento de memória, inteligência synthetic e dispositivos fotoelétricos.
A integração do grafeno fluorado em heteroestruturas vdW abre possibilidades interessantes, especialmente para eletrônicos flexíveis e sistemas que podem executar múltiplas tarefas ao mesmo tempo.
Dr. Xichan Gao, coautor do estudo e professor assistente, Instituto Avançado de Pesquisa de Materiais, Universidade de Tohoku
Qi acrescentou: “Esta pesquisa demonstra como o processamento ecologicamente correto pode melhorar significativamente as propriedades funcionais do grafeno. A combinação da fluoração com a engenharia de deformação abre novas possibilidades para o desenvolvimento de materiais 2D escalonáveis e de alto desempenho, fornecendo um caminho para aprimorar a utilidade prática do grafeno, mantendo o foco em técnicas de processamento de materiais seguras e escalonáveis.”
Referência do periódico:
Xue, Y., et. al. (2024) Fotoluminescência e propriedades de transporte do grafeno fluorado através de uma estratégia de fluoração fraca. Cartas de Física Aplicada. doi.org/10.1063/5.0197942