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Os filmes de nanofitas de grafeno de alta densidade da Rice University são fabricados em um processo de várias etapas. Crédito: JM Tour/Rice University
Pesquisadores da Rice University desenvolveram um modelo transparente grafeno filme de nanofitas que pode ser usado para evitar o acúmulo de gelo e neblina em vidro e plástico, bem como em cúpulas de radar e antenas.
Cientistas da Rice University que criaram uma película descongelante para cúpulas de radar refinaram agora a tecnologia para funcionar como um revestimento transparente para vidro.
O novo trabalho do químico James Tour, da Rice, e seus colegas poderia manter as superfícies de vidro, dos pára-brisas aos arranha-céus, livres de gelo e neblina, mantendo sua transparência às frequências de rádio (RF).
A tecnologia foi introduzida este mês no jornal da American Chemical Society Materiais Aplicados e Interfaces.
O material é feito de nanofitas de grafeno, átomo-tiras grossas de carbono criadas pela divisão de nanotubos, um processo também inventado pelo laboratório Tour. Sejam pulverizadas, pintadas ou com revestimento giratório, as fitas são transparentes e conduzem calor e eletricidade.
No ano passado, o grupo Rice criou películas de nanofitas sobrepostas e tinta de poliuretano para derreter gelo em cúpulas de radares militares sensíveis, que precisam de ser mantidas livres de gelo para manterem o seu desempenho máximo. O material substituiria uma estrutura de óxido metálico volumosa e que consome muita energia.
A tinta com infusão de grafeno funcionou bem, disse Tour, mas onde era mais espessa, quebraria quando exposta a sinais de rádio de alta potência. “Em RF extremamente alta, as porções mais espessas absorviam o sinal”, disse ele. “Isso causou degradação do filme. Esses pontos ficaram tão quentes que queimaram.”
Esta imagem de microscópio eletrônico de varredura mostra um close da rede de nanofitas no filme de nanofitas de grafeno de alta densidade da Rice University. Crédito: AO Raji/Rice University
A resposta foi tornar os filmes mais consistentes. Os novos filmes têm entre 50 e 200 nanômetros de espessura – um fio de cabelo humano tem cerca de 50 mil nanômetros de espessura – e mantêm sua capacidade de aquecer quando uma voltagem é aplicada. Os pesquisadores também conseguiram preservar sua transparência. Os filmes ainda são úteis para aplicações de degelo, mas podem ser usados para revestir vidro e plástico, bem como cúpulas de radar e antenas.
No processo anterior, as nanofitas foram misturadas com poliuretano, mas os testes mostraram que as próprias nanofitas de grafeno formavam uma rede ativa quando aplicadas diretamente a uma superfície. Posteriormente, foram revestidos com uma fina camada de poliuretano para proteção. As amostras foram espalhadas em lâminas de vidro que foram então congeladas. Quando a voltagem foi aplicada em ambos os lados da lâmina, o gelo derreteu em minutos, mesmo quando mantido a uma temperatura de -20 graus negativos. Celsius (menos-4 graus Fahrenheit) ambiente, relataram os pesquisadores.
“Agora podemos pensar em usar esses filmes em vidros de automóveis como um descongelador invisível e até mesmo em arranha-céus”, disse Tour. “Os arranha-céus de vidro poderiam ser mantidos livres de neblina e gelo, mas também seriam transparentes às frequências de rádio. É realmente frustrante hoje em dia estar em um prédio onde seu celular não funciona. Isso poderia ajudar a aliviar esse problema.”
Tour observou que as futuras gerações de Wi-Fi de longo alcance também podem se beneficiar. “Será importante, à medida que o Wi-Fi se tornar mais onipresente, especialmente nas cidades. Os sinais não conseguem passar por nada que seja de natureza metálica, mas essas camadas são tão finas que não terão problemas para penetrar.”
Ele disse que os filmes de nanofitas também abrem um caminho para a incorporação de circuitos eletrônicos em vidro que são transparentes opticamente e RF.
O estudante de pós-graduação da Rice, Abdul-Rahman Raji, é o principal autor do artigo. Os co-autores são o estudante de pós-graduação da Rice, Errol Samuel, e o pesquisador Sydney Salters, estudante da Second Baptist School, em Houston; Yu Zhu, ex-aluno do Rice, agora professor assistente na Universidade de Akron, Ohio; e Vladimir Volman, engenheiro da Lockheed Martin. Tour é titular da cátedra TT e WF Chao em Química, além de professor de ciência de materiais, nanoengenharia e ciência da computação. Ele é membro do Instituto Richard E. Smalley de Ciência e Tecnologia em Nanoescala.
A Lockheed Martin Aerospace Co., por meio do Programa LANCER IV, a Iniciativa de Pesquisa Universitária Multidisciplinar do Escritório de Pesquisa Naval e o Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea apoiaram a pesquisa.
Referência: “Filmes de nanofitas de grafeno funcionalizados como material de radiofrequência e opticamente transparente” por Abdul-Rahman O. Raji, Sydney Salters, Errol LG Samuel, Yu Zhu, Vladimir Volman e James M. Tour, 4 de setembro de 2014, Materiais e interfaces aplicados ACS.
DOI: 10.1021/am503478w