Nanomaterial com características particulares foi obtido a partir de minério de ferro, por pesquisadores do CCES em parceria com institutos dos EUA, Índia e Alemanha
Motivados pelos estudos com grafeno, pesquisadores do Center for Computational Engineering & Sciences (CCES) desenvolveram o hemateno, um material bidimensional (2D) com espessura de algumas camadas atômicas (nanômetros), a partir do minério de ferro, mais especificamente da hematita (Fe2O3). Os físicos Douglas Soares Galvão e Cristiano Woellner trabalharam em conjunto com cientistas baseados nos EUA, Índia e Alemanha para obter materiais 2D a partir de fontes 3D abundantes e baratas, como é o caso do minério de ferro. A pesquisa foi publicada na Nature Nanotechnology.
O hemateno foi obtido por esfoliação líquida, no Departamento de Ciência de Materiais e Nanoengenharia da Universidade Rice, em Houston, EUA. Nesse processo, a hematita foi submetida à sonicação (uso de ondas sonoras), centrifugação e filtração a vácuo. Esses procedimentos são necessários para que a hematita seja manipulada em solução e tenha seus átomos de ferro e oxigênio reordenados para formar o nanomaterial.
Além de apresentar uma estrutura estável, o hemateno se mostrou promissor como fotocatalisador. Em outras palavras, ele é capaz de absorver luz natural, convertê-la em eletricidade e permitir que os elétrons fluam pela superfície sem se dissipar. Isso faz do novo material um ingrediente promissor na composição de células fotovoltaicas, aquelas que capturam luz do Sol para gerar energia elétrica. Associar o hemateno com nanotubos de dióxido de titânio pode, inclusive, aumentar sua capacidade de absorção de luz natural, gerando mais energia.
A transformação da hematita em hemateno também altera as propriedades magnéticas do novo composto em relação ao que lhe deu origem. Enquanto a hematita não é ferromagnética, o hemateno tem as características de um imã, graças ao alinhamento dos átomos de ferro e de oxigênio. “Em princípio, isso poderia ser útil para aplicações em spintrônica, armazenamento de dados e sensores magnéticos”, explica Galvão.
Outra característica incomum do hemateno é ser um material que não é obtido de sólidos lamelares (estabilizados por forças de van der Waals), ao contrário do grafeno. Ou seja, o hemateno é uma estrutura 2D obtida a partir de uma estrutura 3D não lamelar. Essa propriedade chamou a atenção dos pesquisadores para explorar outros minerais não van der Waals como matérias-primas para obter novos materiais 2D.
“Até agora, quase todos os materiais 2D foram obtidos a partir de estruturas lamelares. O hemateno foi obtido a partir da hematita (3D, não lamelar), o que é uma abordagem inovadora”, detalha Galvão. “Em princípio, não existe garantia de que ‘fatiando’ um material 3D poderemos obter estruturas 2D estáveis. Existem centenas de materiais como a hematita com potencial para gerar novos nanomateriais. Estamos investigando (com o potencial uso de métodos de inteligência artificial, como machine learning) quais seriam outros bons candidatos para isso”, completa o pesquisador.