Com a miniaturização de muitos tipos de dispositivos, materiais bidimensionais se tornam cada vez mais relevantes. Contudo, prepará-los em escala industrial mantendo as suas propriedades costuma ser desafiador.

Em artigo recentemente publicado, membros do CINE e colaboradores apresentam uma importante contribuição à busca por métodos que possam viabilizar a produção industrial desses materiais que possuem poucos átomos de espessura.

Concretamente, os autores desenvolveram um método rápido, limpo, escalável e simples para obter nanofolhas de nitreto de boro hexagonal, material formado por camadas planas de átomos de boro e nitrogênio dispostos em forma de hexágonos. Para obter esse material 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”, explica o pesquisador Almir Oliveira Neto (Ipen), membro do programa Metano a Produtos do CINE, que liderou a pesquisa. De acordo com ele, as propostas de modificações foram realizadas com a participação dos pós-doutorandos do CINE Rodrigo Fernando B. de Souza (Ipen) e Priscilla J. Zambiazzi (Ipen), enquanto algumas caracterizações físicas contaram com a colaboração de pesquisadores do Centro de Ciência e Tecnologia de Materiais do Ipen.

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, explicam os autores da pesquisa, ocorre quando os elétrons são disparados contra uma quantidade macroscópica de nitreto de boro. Nesse momento, parte da dos elétrons energia 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.

O trabalho, que foi totalmente realizado no Ipen, pode impactar diversas pesquisas que estão sendo desenvolvidas no âmbito do CINE. De fato, assim como muitos outros materiais bidimensionais, o nitreto de boro hexagonal de poucas camadas tem propriedades interessantes para a geração e armazenamento de energia renovável, com aplicações em processos de catálise e fotocatálise e em dispositivos como supercapacitores e células a combustível.

Referência do artigo científico: Facile, clean and rapid exfoliation of boron-nitride using a non-thermal plasma process. Rodrigo F .B. de Souza, Victoria A. Maia, Priscilla J. Zambiazzi, Larissa Otubo, Dolores R. R. Lazar, Almir O. Neto. Materials Today Advances, Volume 12, December 2021, 100181. https://doi.org/10.1016/j.mtadv.2021.100181.

Autores do artigo que são membros do CINE: Rodrigo F. B. de Souza (pós-doutorando no Ipen), Priscilla J. Zambiazzi (pós-doutoranda no Ipen) e Almir O. Neto (pesquisador titular no Ipen).

Este vídeo mostra o arco voltaico atravessando o nitreto de boro (pó branco) e formando assim as nanofolhas.