Brasileiros descobrem propriedade inesperada do grafeno

O grafeno é um dos materiais mais estudados na atualidade. Justifica-se: constituído por uma única camada de átomos de carbono, dispostos em uma rede bidimensional de trama hexagonal, o grafeno é extremamente fino, leve e resistente.

Agreguem-se propriedades como transparência, flexibilidade, alta condutividade elétrica e térmica e baixo custo de produção para que o horizonte de aplicações seja praticamente ilimitado.

No entanto, com tantas pesquisas já realizadas, uma surpreendente propriedade do grafeno permanecia ignorada. Foi descoberta por pesquisadores brasileiros em estudo publicado em Scientific Reports, do Grupo Nature: “Giant and Tunable Anisotropy of Nanoscale Friction in Graphene”.

Trata-se da enorme anisotropia – apresentação de propriedades que variam conforme a direção – exibida pelo grafeno quando este é “varrido” em diferentes direções pela ponta do microscópio de força atômica (atomic force microscope – AFM).

“A observação mostrou que a força de atrito entre a ponta do microscópio e a folha de grafeno é altamente dependente da direção de varredura. A energia dissipada ao longo da ‘direção armchair’ [rota cuja geometria lembra um braço de cadeira] chega a ser 80% maior do que a energia dissipada ao longo da direção zigzag”, disse à Agência FAPESP o físico Douglas Soares Galvão, um dos autores do artigo.

Professor titular do Instituto de Física da Universidade Estadual de Campinas (IF-Unicamp), Galvão é pesquisador principal do Centro de Pesquisa em Engenharia e Ciências Computacionais (CCES, na sigla em inglês), um dos 17 Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPIDs) apoiados pela FAPESP.

Armchair e zigzag foram as duas principais direções consideradas no estudo. “As direções cristalográficas do grafeno são determinadas com o microscópio de força atômica, utilizando-se o modo de força de atrito. Com essa técnica, conseguimos estabelecer as direções na folha de grafeno e fazer as medidas de atrito em nanoescala”, explicou a física Clara Muniz da Silva de Almeida, principal autora do artigo.

Ela é a pesquisadora responsável pelo Laboratório de Microscopia de Força Atômica da Divisão de Materiais do Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (Inmetro), com sede no campus de Xerém, em Duque de Caxias, Rio de Janeiro.

Como afirma o artigo, a enorme anisotropia no valor da força de atrito, e, portanto, na energia dissipada ao longo das diferentes direções, é bastante surpreendente, dada a isotropia nas propriedades elásticas do grafeno.

Seria esperada uma pequena diferença na energia dissipada em função das direções cristalinas, como acontece no grafite, que nada mais é que um empilhamento de folhas de grafeno.

No entanto, as medidas experimentais contrariaram essa expectativa, mostrando uma diferença de até 80% no valor da energia dissipada entre as direções cristalinas.

“Isso se deve à deformação da folha de grafeno pela ponta do microscópio. Tal deformação, que é amplificada de diferentes maneiras nas duas direções, determina os valores diferenciais da força de atrito. Uma analogia simples para o fenômeno é a ondulação formada pelo tecido diante do ferro de passar roupa”, ilustrou Galvão.

“Surpreendeu o fato de a força de atrito ser tanto maior quanto menor o número de camadas de grafeno. Mas a analogia com o processo de passar roupa também ajuda a entender isso. Quando são superpostas várias peças de tecido, isso cria uma estrutura rígida, que praticamente não se deforma com o movimento do ferro. Analogamente, no grafite, que é formado por muitas camadas de grafeno, a deformação é mínima. Porém, quando o número de camadas diminui, até chegar à folha única, a deformação se torna bastante relevante”, prosseguiu o pesquisador da Unicamp.

“A deformação flexural produzida na folha de grafeno pela ponta do microscópio determina ondulações diferentes conforme a direção. Movimentar essa ondulação na direção zigzag é bem mais fácil do que na direção armchair”, resumiu Clara Almeida.

Dito assim, parece simples. Mas, para explicar essa diferença, detectada experimentalmente, foi necessário conjugar três robustos recursos teóricos: o modelo de Prandtl-Tomlinson, utilizado na descrição de mecanismos friccionais em escala atômica; a dinâmica molecular atomística; e a teoria do funcional da densidade, decorrente da mecânica quântica.

Segundo os pesquisadores, o efeito poderia ser entendido como uma manifestação, em escala nanométrica, do fenômeno clássico da flambagem (encurvamento de uma barra quando submetida a compressão axial), descrito matematicamente pelo grande matemático e físico suíço Leonhard Euler (1707 –1783) em 1744.

Devido às suas notáveis características eletrônicas, térmicas e mecânicas, o grafeno é um forte candidato para a fabricação da próxima geração de dispositivos eletrônicos e de sistemas nanoeletromecânicos (nanoelectromechanical systems – NEMS).

Tais aplicações requerem a compreensão das propriedades mecânicas e tribológicas – isto é, decorrentes da interação de superfícies em movimento relativo – desses materiais bidimensionais.

“A anisotropia que encontramos pode ser determinante para a fabricação desses NEMS, cujo design demanda o conhecimento prévio da orientação cristalina. Na maioria das vezes, as propriedades do material na configuração bidimensional [grafeno] são bem diferentes das propriedades já conhecidas na configuração tridimensional [grafite]”, sublinhou Clara Almeida.

Seu grupo, no Inmetro, começou a trabalhar com o grafeno em 2010, e, desde então, realizou pesquisas nas áreas de metrologia de defeitos em grafeno; determinação da orientação cristalográfica da folha de grafeno por meio de microscopia de força atômica; utilização da AFM para manipulação do grafeno com vistas a criar novas nanoestruturas; e, agora, de nanotribologia desse material.

Além de Almeida e de Galvão participaram do estudo Rodrigo Prioli (Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro), Benjamin Fragneaud (Universidade Federal de Juiz de Fora), Luiz Gustavo Cançado (Inmetro/Universidade Federal de Minas Gerais), Ricardo Paupitz (Universidade Estadual Paulista, campus de Rio Claro), Marcelo De Cicco (Inmetro), Marcos G. Menezes (Universidade Federal do Rio de Janeiro), Carlos A. Achete (Inmetro) e Rodrigo B. Capaz (Inmetro/Universidade Federal do Rio de Janeiro).

O artigo Giant and Tunable Anisotropy of Nanoscale Friction in Graphene, publicado em Scientific Reports, pode ser lido no endereço: www.nature.com/articles/srep31569.

Fonte: Agência FAPESP

Química poderá contribuir para solucionar desafios globais

A população mundial deverá saltar do atual patamar de 7 bilhões de pessoas para 9 bilhões até 2050. Esse aumento trará desafios globais, como o de possibilitar o acesso a alimentos a esse contingente de pessoas, de forma sustentável.

A maior parte das soluções para esse e outros problemas globais poderá vir da Química, avaliou Adriano Defini Andricopulo, professor do Instituto de Física de São Carlos da Universidade de São Paulo (IFSC-USP) em conferência durante a 68ª Reunião Anual da Sociedade Brasileira para o Progresso da Ciência (SBPC).

Com o tema “Sustentabilidade, tecnologia e integração social”, o evento ocorre até a próxima sexta-feira (09/07) no campus de Porto Seguro da Universidade Federal do Sul da Bahia (UFSB).

“A Química, sem dúvida, deve dar a maior contribuição para solucionar os desafios globais no século 21”, estimou Andricopulo, que é membro do comitê executivo e coordenador de transferência de tecnologia do Centro de Pesquisa e Inovação em Biodiversidade e Fármacos (CIBFar) – um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPIDs) apoiados pela FAPESP.

De acordo com dados apresentados pelo pesquisador, em 1960 um hectare de terra alimentava duas pessoas. Em 2050 a mesma quantidade de terra terá de alimentar mais de seis pessoas.

Esse desafio é agravado pelo fato de que hoje não se consegue alimentar nem os 7 bilhões de pessoas existentes no mundo, ponderou.

“Será preciso desenvolver novos produtos para proteger as culturas agrícolas contra pragas e doenças”, apontou Andricopulo. “Nesse sentido, a síntese química terá um papel fundamental."

Cerca de 40% dos alimentos existentes no mundo hoje não existiriam se não houvesse agroquímicos para protegê-los do ataque de organismos causadores de doenças em plantas (fitopatógenos), disse o pesquisador.

A fim de desenvolver novos princípios ativos para pesticidas e herbicidas voltados a controlar ervas daninhas, pragas e doenças fúngicas – uma vez que com o passar do tempo os organismos podem desenvolver resistência a elas –, os químicos têm buscado cada vez mais inspiração em compostos naturais.

Muitas plantas produzem misturas complexas de substâncias químicas que afetam o comportamento de insetos, influenciando onde vão se alimentar ou procriar, afirmou o pesquisador. “Essa informação pode ser usada para desenvolver métodos práticos para o controle de pragas”, disse.

Já o aumento do conhecimento sobre a nutrição vegetal pode resultar na melhoria de plantas para absorver nutrientes vitais, como nitrogênio, de forma mais eficiente, indicou Andricopulo.

Um elemento essencial para o desenvolvimento das plantas, uma vez que é usado em uma série de processos metabólicos, o nitrogênio é abundante na atmosfera, mas não tem nenhuma utilidade biológica direta e precisa ser convertido em outras formas, como nitratos, que as plantas são capazes de usar.

As plantas, contudo, não podem absorvê-lo diretamente do ar, mas somente nas formas de amônia solúvel em água ou nitrato, em que são convertidas por bactérias que vivem no solo.

A fim de fornecer esses compostos para as plantas, têm sido usados fertilizantes, como nitrato de amônio. O uso indiscriminado de fertilizantes, contudo, pode causar a degradação da qualidade do solo, a poluição das fontes de água e da atmosfera e o aumento da resistência de pragas.

“A Química pode contribuir na produção de catalisadores mais baratos, por exemplo, que poderiam ajudar as plantas a fixar nitrogênio de forma mais eficiente”, avaliou Andricopulo.

Outro elemento essencial para as plantas – que, em alguns anos, até 80% dele estarão disponíveis em formas que não podem ser absorvidas e usadas – é o fósforo.

A fim de disponibilizá-lo para as plantas são usados comumente fertilizantes criados a partir de fosfato extraído de depósitos de rocha sedimentária e tratado quimicamente para aumentar sua concentração e torná-lo mais solúvel, de forma a facilitar sua absorção.

O problema, contudo, é que os depósitos de fosfato no mundo podem se esgotar nos próximos 50 a 100 anos. “A Química pode desempenhar um papel importante no desenvolvimento de novas tecnologias para recuperar o fósforo a partir de resíduos para potencial reutilização”, apontou Andricopulo.

Congresso Mundial de Química

O pesquisador destacou que, em julho de 2017, o Brasil será o primeiro país da América do Sul a sediar o Congresso Mundial de Química da União Internacional para a Química Pura e Aplicada (IUPAC, na sigla em inglês).

Uma instituição científica global, criada em 1919 por químicos acadêmicos e industriais, e reconhecida como autoridade em nomenclatura, terminologia, padronização de métodos de pesos e medidas, peso atômico e outros dados químicos, a IUPAC realiza a cada dois anos um congresso mundial.

Até então, somente países da Europa, Ásia, Oceania e América do Norte sediaram o evento.

“A realização do Congresso Mundial da IUPAC no Brasil será o maior evento de Química na América do Sul”, estimou Andricopulo.

O congresso será realizado entre os dias 9 e 14 de julho no World Trade Center, em São Paulo.

Mais informações e inscrições: www.iupac2017.org.

Fonte: Exame

O que acontece no seu cérebro quando você está apaixonado

Não é à toa que o amor é comparado a um vício. Afinal, segundo a ciência, este sentimento reage no corpo humano como uma droga, liberando doses de substâncias químicas capazes de criar sensações de euforia, prazer e conforto. Diferentemente do que os filmes de romance mostram, o amor não é “criado” no coração.

Na realidade, Zezé de Camargo e Luciano nunca estiveram tão certos quando cantaram: “É o amor, que mexe com a minha cabeça e me deixa assim”. Ok, não é exatamente a cabeça, mas o órgão que está dentro dela – o cérebro – que é programado para amar. Veja as cinco coisas que acontecem no seu cérebro para que uma “quedinha” se transforme no amor da sua vida.

A primeira dose

Pode ser amor à primeira vista ou uma atração ao ver a pessoa. É neste estágio inicial que os neurônios liberam a dopamina, hormônio que provoca euforia. De acordo com estudos da antropologista Helen Fisher, o sistema límbico, voltado para as recompensas, é ativado quando estamos apaixonados.

Toda vez que você pensa na pessoa amada, mais dopamina é liberada. O seu amor, contudo, não fica restrito apenas à pessoa, mas a tudo ao seu redor parece mais “colorido”. Esta necessidade desenvolvida desde os tempos da caverna ajudou o homem evoluir. Afinal, a procriação e a criação de filhos nada mais é do que uma resposta a estes estímulos.

Borboletas no estômago

Sabe aquela sensação de ter “borboletas no estômago” quando você encontra a pessoa amada? Ela existe devido ao sinal que seu cérebro envia para a glândula adrenal (localizada nos rins), onde adrenalina, epinefrina e norepinefrina são bombeadas.

São estes hormônios que aumentam os batimentos cardíacos e provocam excitação sexual. Enquanto a dopamina traz um sentimento de felicidade, a norepinefrina aumenta a vontade de se estar com a pessoa. Além disso, os apaixonados têm baixos níveis de serotonina, um hormônio encontrado em pouca quantidade em pessoas com transtorno obsessivo-compulsivo. Por isso, alguns indivíduos apaixonados tornam-se obcecados pelos parceiros.

O amor é cego

Quando estamos apaixonados, a amigdala passa a funcionar mal -- e isso tem grandes consequências. Se dizemos que o amor é cego, é por conta desse mal funcionamento. Localizada no lobo temporal do cérebro, é ela que comando o bom senso do ser humano, ajuda na tomada de boas decisões, reconhecimento de situações de risco, entre outras funções.

Se você já deixou de lado coisas importantes para estar com seu amor, vá em frente e culpe a amigdala.

Eu, você, dois filhos e um cachorro

A partir do momento que o relacionamento amadurece, os apaixonados se tornam menos obsessivos. Após um ano, o crescimento neural retorna a um estágio normal. O cérebro volta a produzir serotonina e, por isso, um sentimento de confiança começa a fazer parte do relacionamento.

Segundo um estudo norte-americano, outro hormônio que torna a relação mais estável é a oxitocina. Ele é conhecido por ser liberado durante o orgasmo, porém ele também diminui a necessidade de estar com o parceiro todo o tempo.

Até que a morte nos separe

Quando duas pessoas estão juntas por muito tempo, uma área do cérebro chamada ventral pallidum é ativada. Nela são produzidos a oxitocina e os receptores de vasopressina, que estão associados à monogamia. Enquanto a oxitocina aumenta com o decorrer de um relacionamento, os níveis de dopamina diminuem.

Isso não significa que você não fica mais excitado ou feliz do lado da pessoa que ama. Na realidade, a necessidade deste hormônio é substituída por uma molécula chamada CRF. Ela é liberada sempre que casais estão longe – o que causa uma desagradável sensação de separação e falta.

Além disso, o sistema límbico continua a funcionar, ou seja, relacionamentos longos têm duas vantagens: a excitação do primeiro beijo e a segurança de estar com quem se ama.

Fonte: Exame

Cientistas propõem nomes para novos elementos

Os quatro novos elementos da tabela periódica, que foram anunciados no início do ano após a descoberta de novas substâncias por cientistas japoneses, russos e americanos, receberam propostas de nomes, de acordo com autoridades internacionais.

Cientistas do Japão que descobriram o número atômico 113 escolheram o nome "nihonium", palavra derivada do nome do país no idioma local, e o símbolo correspondente Nh. Este é o primeiro elemento da tabela que foi descoberto na Ásia.

Enquanto isso, cientistas russos e americanos propuseram o nome "moscovium" e o símbolo Mc para o elemento 115, em homenagem à Moscou; "tennessine" e Ts para o elemento 117, como agradecimento às instituições de pesquisa do estado americano do Tennesse; e "oganesson" e Og para o elemento 118, em referência ao professor de física nuclear Yuri Oganessian.

As propostas foram revisadas pela União Internacional de Química Pura e Aplicada (Iupac), que recomendou que os nomes e símbolos sejam aceitos após um período de consulta pública, que deve durar cinco meses, de acordo com seu site.

A Iupac tinha determinado que os novos elementos poderiam ser nomeados em referência a conceitos ou personagens mitológicos, minerais ou substâncias similares, lugares ou regiões geográficas, propriedades dos elementos ou cientistas.

A existência do nihonium foi demonstrada três vezes entre 2004 e 2012 por Kosuke Morita, professor da Universidade de Kyushu que liderou o grupo de pesquisa que descobriu o elemento.

Morita revelou para a imprensa sua "ambição de descobrir também os elementos 119 e 120, ainda desconhecidos", afirmou a Iupac em um comunicado.

A tabela periódica, também chamada de tabela de Mendeleiev, em referência ao cientista russo que criou sua primeira versão em 1869, reúne os elementos classificados em função da sua composição e propriedades químicas.

Fonte: AFP

Polônio, a substância radioativa que matou o ex-espião russo

Segundo o relatório da justiça britânica divulgado nesta quinta-feira, que afirmou que o presidente russo Vladimir Putin provavelmente aprovou o assassinato de Litvinenko, "as agências de segurança russas tinham acesso ao polônio, e experiência em seu uso".

"É uma substância muito rara", afirma o relatório do juiz Robert Owen. "Também vi provas de que o isótopo é difícil de produzir e perigoso de manipular. Além disso, embora o polônio 210 seja produzido e vendido comercialmente, está disponível apenas em quantidades minúsculas enviadas em contêineres selados".

"Uma remessa de polônio 210 que continha muitas vezes a quantidade ingerida por Litvinenko foi vendida em 2006 por 20.000 dólares", prosseguiu o relatório.

O polônio é utilizado normalmente como fonte de raios alfa para a pesquisa e a medicina, mas também, entre outras coisas, como fonte de calor nos veículos espaciais.

É um semimetal cinza prateado, de massa atômica 210 (símbolo 210Po), o número 84 na tabela periódica dos elementos de Mendeleev, que se sublima (passa diretamente do estado sólido ao gasoso) com rapidez, a partir dos 50 graus centígrados.

Sua vida média (prazo no qual perde a metade de sua atividade) é de 138 dias.

Solúvel, muito tóxico em doses ínfimas por inalação ou ingestão, o polônio está presente na fumaça dos cigarros. Sozinho pode provocar câncer por inalação nos animais de laboratório.

O polônio foi o primeiro elemento descoberto, em 1898, pela física francesa de origem polonesa Marie Sklodowska-Curie, em colaboração com seu marido, Pierre Curie. Em homenagem ao seu país natal, deu a este elemento o nome de polônio.

Marie Curie realizava, após a descoberta de "raios urânicos" por Antoine Becquerel, pesquisas sobre a radioatividade de pechblenda procedente das minas de prata de Boêmia.

A pechblenda, que contém essencialmente polônio, é um óxido de urânio utilizado há vários séculos como aglutinador nos vernizes para cerâmicas.

No entanto, em 10 gramas de urânio há, no máximo, um bilionésimo de grão de polônio (0,000000001), o mais raro dos elementos naturais.

Fonte: Exame