Dobrar nanomaterial 2D pode beneficiar tecnologias futuras

Universidade Rice, Houston, Texas

Boris Yakobson, da Rice University, e colaboradores descobriram uma propriedade de materiais ferroelétricos 2D que poderia ser explorada como um recurso em dispositivos futuros. Como se dobram em resposta a um estímulo elétrico, os materiais ferroelétricos de camada única podem ser controlados para atuar como um interruptor em nanoescala ou até mesmo um motor, mostra uma pesquisa publicada na ACS Nano.

Os materiais de camada única – ou 2D – são normalmente compostos de uma única camada de átomos, o que os torna com apenas alguns nanômetros de espessura. Suas propriedades físicas, elétricas, químicas e ópticas os tornam úteis em aplicações que vão desde eletrônicos de consumo até tecnologias médicas e industriais.

“Os materiais 2D são muito finos e muito flexíveis”, disse Yakobson, Karl F. Hasselmann Professor de Ciência de Materiais e Nanoengenharia. “Em ferroelétricos de camada única, isso produz um comportamento de flexão ativo e espontâneo inesperado.

“A novidade que encontramos neste estudo é que existe uma ligação ou acoplamento entre o estado ferroelétrico e a flexão ou flexão do material. Este trabalho combina a descoberta ou previsão de uma propriedade fundamental de uma classe de materiais 2D com um ângulo de aplicação prática.”

Ferroelétricos são materiais compostos de íons negativos e positivos que podem mudar para produzir polarização espontânea – os íons segregam com base em sua carga elétrica.

“O interessante é que os átomos não são idênticos”, disse Jun-Jie Zhang, da Rice. “Alguns deles são maiores e outros menores, então a simetria da camada é quebrada.”

A polarização leva os átomos maiores para um lado da camada de material 2D e os átomos menores para o outro lado. Esta distribuição assimétrica dos átomos ou íons faz com que a superfície do material se dobre no estado ferroelétrico.

“Portanto, em vez de permanecer plano, no estado ferroelétrico o material se dobrará”, disse Yakobson. “Se você mudar a polarização – e pode trocá-la aplicando voltagem elétrica – você pode controlar a direção em que ela se curvará. Este comportamento controlável significa que você tem um atuador.

“Um atuador é qualquer dispositivo que traduz um sinal – em muitos casos um sinal elétrico, mas pode ser um tipo diferente de sinal – em deslocamento mecânico ou, em outras palavras, movimento ou trabalho.”

O estudo analisou o fosfeto de índio 2D como um representante da classe de ferroelétricos para os quais prevê esta propriedade.

“Essa nova propriedade ou comportamento de flexão deve ser testado em laboratório para substâncias específicas”, disse Yakobson. “Seu uso mais provável será como uma espécie de switch. Este comportamento é muito rápido, muito sensível, o que significa que com um sinal local muito pequeno você pode talvez ligar uma turbina ou motor elétrico, ou controlar espelhos de telescópios de óptica adaptativa. Essa é basicamente a essência desses atuadores.”

Para mais informações, entre em contato com Silvia Cernea Clark em Este endereço de e-mail está protegido contra spambots. Você precisa ter o JavaScript habilitado para visualizá-lo.; 713-348-6728.

Este artigo foi publicado pela primeira vez na edição de agosto de 2023 da Tech Briefs Magazine.

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