Os resultados preliminares mostrados acima indicam o grande potencial da plataforma cons- tru´ıda visando a intera¸c˜ao de membranas de grafeno com ambientes l´ıquidos. Cientificamente, o grafeno em configura¸c˜ao de membrana oferece in´umeras possibilidades de estudos abordando importantes quest˜oes relacionadas a for¸cas de superf´ıcie. Por ser considerado o prot´otipo ideal mais fino de membrana, o grafeno tem a capacidade de se conformar a uma superf´ıcie de ma- neira mais pr´oxima que qualquer outro s´olido [155]. Desta forma, estudos mais sistem´aticos da conforma¸c˜ao de grafeno quando em contato com l´ıquidos e as mudan¸cas de suas propriedades el´asticas em decorrˆencia desta intera¸c˜ao representam o estado da arte neste contexto.
Como perspectivas, alguns experimentos interessantes j´a vˆem sendo pensados e realizados em nosso grupo, visando a explora¸c˜ao da estrutura. Dentre eles:
1. Realizar curvas de for¸ca em diversas regi˜oes do grafeno sobre o l´ıquido, caracterizando o tipo e a extens˜ao do contato da membrana com a solu¸c˜ao.
2. Utilizar o pol´ımero Polydimethylsiloxane (PDMS) largamente empregado para a constru- ¸c˜ao de canais microflu´ıdicos transparentes a fim de acoplar um segundo canal para inje¸c˜ao de l´ıquido na parte superior do grafeno. Desta forma, a membrana estaria em contato com dois l´ıquidos diferentes. A partir disso, in´umeras possibilidades de estudos ainda
mais complexas surgem, como por exemplo estudar a influˆencia da forma¸c˜ao de 2 duplas camadas em medidas de gate l´ıquido duplo na membrana. A constru¸c˜ao e alinhamento deste segundo canal `a plataforma j´a constituem processos experimentais dominados e s˜ao perfeitamente fact´ıveis.
3. Monitorar as altera¸c˜oes nas propriedades mecˆanicas do grafeno quando sujeito `a tens˜ao de gate.
4. Adicionar estruturas autoconstru´ıdas no l´ıquido e acompanhar sua forma¸c˜ao in situ por AFM/SEM, quando em contato com uma das janelas de grafeno.
5. Uso da plataforma como biosensor para sistemas lab on chip.
Cap´ıtulo 7
Conclus˜ao e perspectivas
7.1
Conclus˜oes gerais
Nesta tese investigamos as altera¸c˜oes nas propriedades el´etricas e morfolol´ogicas de amostras de grafeno esfoliado e CVD, quando sujeitas a diferentes ambientes e condi¸c˜oes externas.
No Brasil foram desenvolvidos dois trabalhos. No primeiro deles estudamos as altera¸c˜oes das curvas de condutividade vs. tens˜ao de gate de uma amostra de bicamada de grafeno esfoliado em configura¸c˜ao de transistor de efeito de campo, quando exposta `a atmosfera de oxigˆenio. As altera¸c˜oes das propriedades el´etricas somente a altas temperaturas nos levaram a considerar a forma¸c˜ao de um complexo bicamada/O2/SiO2, atrav´es do qual h´a transferˆencia de
carga da bicamada. A cin´etica desta intera¸c˜ao foi modelada por um comportamento Langmuir com um excelente ajuste para as curvas experimentais. Visando um maior entendimento para a assimetria observada nas mobilidades de el´etrons e buracos foram realizadas an´alises semi- quantitativas e te´oricas, indicando a presen¸ca simultˆanea dos dois principais mecanismos de espalhamento de cargas: espalhamento por impurezas carregadas provenientes do substrato e espalhamento ressonante devido a um certo grau de hibridiza¸c˜ao entre os orbitais de carbono e oxigˆenio, sobretudo para energias positivas. Al´em da originalidade do trabalho desenvolvido, mais dedicado ao entendimento das propriedades fundamentais da intera¸c˜ao do O2 com os
portadores de carga do grafeno, a importˆancia tecnol´ogica deste trabalho no ˆambito da aplica¸c˜ao do grafeno como sensor de gases deve ser mencionada. Futuros estudos visando a quantifica¸c˜ao do oxigˆenio adsorvido s˜ao relevantes neste contexto.
O segundo trabalho desenvolvido no Brasil consistiu do uso de nanopart´ıculas de Ni e Pt termicamente ativadas para a produ¸c˜ao de cortes cristalogr´aficos em grafeno e multicamadas de grafeno esfoliadas. Os cortes mais bem sucedidos foram realizados por nanopart´ıculas de platina, sob alto fluxo de hidrogˆenio (250 sccm). Nessa condi¸c˜ao foi observada a ausˆencia de estruturas
fibrilares de carbono nas amostras e a presen¸ca de cortes bastante retil´ıneos e geom´etricos. Em contrapartida, a presen¸ca dessas estruturas de carbono mesmo sob fluxos relativamente altos de hidrogˆenio (150 sccm) ´e surpreendente e deve ser destacada e melhor entendida, uma vez que a platina ´e conhecida por n˜ao formar ligas com o carbono (diferentemente do n´ıquel).
Durante o per´ıodo de Doutorado Sandu´ıche, na Universidade de Cornell e sob orienta¸c˜ao do Prof. Dr. Paul McEuen foram tamb´em desenvolvidos dois trabalhos. O primeiro deles consistiu da produ¸c˜ao de nanocanais em grafeno CVD a partir da t´ecnica de abla¸c˜ao por laser. Interessantemente foi observado que os canais emergem muitas vezes como multicamadas de grafeno devido `a forma¸c˜ao de dobras durante o processo. As bordas observadas se mostra- ram bastante retil´ıneas, v´arias delas coincidindo com as principais dire¸c˜oes cristalogr´aficas do grafeno. Estruturas dobradas de grafeno como as produzidas neste trabalho tˆem despertado muito interesse da comunidade cient´ıfica em virtude da poss´ıvel altera¸c˜ao de suas propriedades el´etricas e mecˆanicas. Al´em disso, caso seja poss´ıvel provocar a abla¸c˜ao do grafeno por laser e a consequente forma¸c˜ao de nanocanais em uma configura¸c˜ao encapsulada (livre da atmosfera), este trabalho ganhar´a ainda mais interesse e relevˆancia.
O segundo trabalho consistiu no desenvolvimento de uma plataforma com janelas para suspens˜ao do grafeno CVD, sob as quais ´e poss´ıvel introduzir diferentes l´ıquidos. Medidas iniciais de AFM foram realizadas indicando que a morfologia do grafeno muda quando em contato com o l´ıquido (deflex˜ao positiva) ou durante a secagem do mesmo (deflex˜ao negativa). O estudo da conforma¸c˜ao do grafeno quando em contato com l´ıquidos, em especial a ´agua, ´e atualmente uma das ´areas mais interessantes e de fronteira envolvendo o material. Um trabalho recente aponta que o grafeno intr´ınseco ´e na realidade mais hidrof´ılico do que se acreditava e que sua molhabilidade pode ser fortemente afetada devido `a contamina¸c˜ao n˜ao intencional por hidrocarbonetos da atmosfera [157]. Estudos como este s˜ao primordiais para o entendimento de como o grafeno se comporta em nossa plataforma.