Investigadores do Japão e da China realizaram um estudo sobre as propriedades mecânicas das nanofitas de dissulfeto de molibdênio (MoS2) de uma única camada com bordas em formato de cadeira. A equipe utilizou a microscopia eletrônica de transmissão in situ para investigar o módulo de Young das nanofitas em relação à sua largura.

Os pesquisadores descobriram que o módulo de Young das nanofitas variava inversamente com a sua largura, com uma rigidez maior nas ligações observada nas bordas em formato de cadeira. Essas descobertas, publicadas na revista Advanced Science, contribuem para uma melhor compreensão da resposta mecânica das nanofitas, o que é crucial para sua aplicação em dispositivos eletrônicos, sensores e catalisadores.

Tradicionalmente, cristais de quartzo têm sido usados como ressonadores mecânicos na tecnologia de sensores. No entanto, há um interesse crescente em materiais nanométricos avançados, como as nanofitas de MoS2 de uma única camada, devido ao seu potencial como ressonadores finos. Compreender as propriedades físicas e químicas das bordas das nanofitas é fundamental para sua implementação prática em tais dispositivos.

Para medir as propriedades mecânicas das nanofitas, os pesquisadores desenvolveram um método inovador de medição micromecânica que incorpora um ressonador de extensão de comprimento (LER) baseado em quartzo em uma lâmina de microscopia eletrônica de transmissão in situ (TEM). Esse método permitiu medições de alta precisão ao estimar a constante elástica equivalente das nanofitas em relação às mudanças na frequência de ressonância do LER.

Ao descascar a camada mais externa de um mosaico de MoS2 usando uma ponta de tungstênio, os pesquisadores obtiveram uma nanofita de MoS2 de uma única camada com uma estrutura de borda em formato de cadeira. Eles determinaram a largura e o comprimento da nanofita a partir de imagens de TEM e utilizaram a mudança de frequência do LER para calcular o módulo de Young.

O estudo revelou que o módulo de Young das nanofitas variava de acordo com a sua largura. Para fitas mais largas, o módulo se mantinha constante, enquanto que para fitas mais estreitas, com menos de 3 nm de largura, aumentava à medida que a largura diminuía. Os pesquisadores atribuíram isso a uma rigidez maior das ligações nas bordas em comparação com o interior.

Cálculos baseados na teoria do funcional de densidade corroboraram suas observações, indicando que a estrutura de borda em formato de cadeira das nanofitas resultava em um aumento da resistência nas bordas devido ao amassamento dos átomos de Mo e à transferência eletrônica para os átomos de S.

Compreender as propriedades mecânicas das nanofitas de MoS2 tem importantes implicações para o design de ressonadores mecânicos em escala nano e ultrafina. Essas descobertas podem abrir caminho para o desenvolvimento de nanossensores integrados em dispositivos do dia a dia, como smartphones e relógios, permitindo o monitoramento em tempo real do ambiente e fornecendo valores numéricos para o senso do gosto e do olfato.

Fonte: Liu, C., et al. (2023). Stiffer Bonding of Armchair Edge in Single‐Layer Molybdenum Disulfide Nanoribbons. Advanced Science. DOI: 10.1002/advs.202303477