Pesquisadores irradiam grafite com laser para produzir diamantes nanoestruturados

Pesquisadores brasileiros desenvolveram uma nova alternativa para produzir diamantes em laboratórios. Físicos do Laboratório Nacional de Luz Síncroton (LNLS), que idealizaram o experimento, utilizaram laser de pulsos ultracurtos para produzir uma onda de choque que aumentou a pressão e a temperatura do grafite.

O trabalho, com apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), atingiu os mesmos patamares de pressão e temperatura de diamantes produzidos em laboratórios, que são compostos por nanocristais.

“Além de gerar pulsos muito energéticos, o laser utilizado os emitia em intervalos extremamente curtos [de 25 femtossegundos, isto é, 25×10-15 segundos] e os concentrava em uma área extremamente reduzida [com raio de 65 micrômetros]. Todos esses fatores convergiram para que pudéssemos alcançar os patamares necessários de pressão e temperatura da onda de choque”, afirmou Narcizo Marques de Souza Neto, pesquisador do LNLS e idealizador do experimento.

A descrição do trabalho foi publicada no boletim on-line Scientific Reports, do grupo Nature, sob o título “Synthesis of diamond-like phase from graphite by ultrafast laser driven dynamical compression”.

Segundo Francisco Carlos Barbosa Maia, pós-doutorando no LNLS e principal autor do trabalho, o nanomaterial final é altamente desejável para várias aplicações, como potencial participante em componentes eletrônicos, em revestimento de próteses articulares, em marcadores celulares e em vetores de fármacos. Os recursos investidos, de acordo com o físico, foram relativamente modestos.

De acordo com o LNLS, a simplicidade do trabalho pôde ser percebida pela grafite empregada, que estava na fase policristalina, a mais comum, em vez da forma altamente ordenada e bastante cara conhecida como HOPG, que é usada em outros estudos. O laser também é acessível a laboratórios de médio porte, seja no Brasil ou no exterior, apesar de produzir pulsos ultracurtos com alta potência.

“O procedimento foi movimentar o bloco de grafite na frente do feixe de laser focalizado, de modo que vários pulsos do laser se sobrepusessem em cada posição da grafite, de forma quantificada por uma técnica desenvolvida por nós, chamada D-Scan”, disse Ricardo Elgul Samad, pesquisador do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (Ipen) e especialista em lasers de pulsos ultracurtos de alta intensidade.

 

O resultado da irradiação foi a formação de cristais na escala de 50 micrômetros e cristalinos nanométricos de um alótropo de carbono semelhante ao diamante. Os cristais micrométricos foram estudados por meio de microespectroscospia Raman (RM), microscopia eletrônica de varredura (SEM) e microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HRTEM).

“Além dos cristalitos nanométricos de tipo diamante, constatamos a presença de outra notável formação de carbono, na qual os átomos aparecem arranjados em uma estrutura semelhante à da cebola”, afirmou o pesquisador Jefferson Bettini, do Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano), especialista em microscopia.

Baseando nessa descoberta, os pesquisadores propuseram um mecanismo que transforme o grafite no alótropo semelhante ao diamante. A realização deste trabalho depende da morfologia do material inicial, dos eventos termodinâmicos específicos produzidos pelos pulsos ultracurtos de laser e da formação de catalisadores naturais, como as estruturas semelhantes à cebola e grânulos de grafite de tamanho nanométrico. As informações são da assessoria da Fapesp.

Clique aqui e acesse a matéria na íntegra.