Ciência
– Mundo Cientifico –
Como
Grafeno vai mudar sua vida
Por Revista Planeta
Edição 472 - Janeiro de 2012
Um material tão ou mais revolucionário do que o silício e
o plástico, extremamente forte, leve, flexível, ótimo condutor de eletricidade
e quase totalmente transparente. Esse é o cartão de visitas do grafeno, que deu
o Prêmio Nobel de Física de 2010 para Andre Geim e Konstantin Novoselov, da
Universidade de Manchester (Grã-Bretanha) – o dínamo de uma provável nova era
industrial. Essa fina lâmina de carbono de um átomo de espessura não é
exatamente uma novidade. Ela já havia sido notada em 1947, pelo físico
canadense P. R. Wallace, no estudo das propriedades eletrônicas da grafite, o
metal usado na fabricação de lápis, de onde o grafeno também é extraído. Mas
obter uma amostra dela fosse então considerado impossível.
O grafeno só foi observado pela
primeira vez em 1962, pelos químicos alemães Ulrich Hofmann e Hanns-Peter
Boehm. Foi Boehm quem o batizou. Mas suas propriedades ficaram desconhecidas
por décadas, até ele reaparecer em grande estilo em 2004, na Universidade de Manchester. Curiosamente, a
cidade que se tornou símbolo da Revolução Industrial, no início do século 19.
A estrutura atômica hexagonal das moléculas do
grafeno proporciona máxima flexibilidade com extrema resistência.
Dois cientistas emigrados da
Rússia – o holandês Geim, diretor do departamento de Física da universidade, e o russo-britânico Novoselov, pesquisador de
pós-doutorado – começaram a pensar, em Manchester, na criação de uma substância
bidimensional que servisse de opção ao silício usado em semicondutores.
Decidiram fazer experiências com a grafite e buscaram obter a mais fina fatia
possível desse metal para ver como funcionaria.
De modo inesperado, nos
fragmentos presos em uma fita adesiva que os cientistas usavam para limpar a superfície de um
bloco de grafite, surgiu o grafeno. Examinados em um microscópio atômico, esses
resíduos foram testados e, já na primeira tentativa, funcionaram bem como
transistores.
A partir daí, e durante meses, a
equipe de Geim e Novoselov foi melhorando a condutividade do fragmento,
tornando-o cada vez mais fino,
até chegar à espessura de um átomo. Para surpresa dos cientistas, o material
ultrafino não só mantinha uma estrutura de ligação hexagonal, semelhante à de
uma cerca de galinheiro, como também apresentava um peculiar arranjo simétrico
de elétrons que aumentava sua condutividade.
A descoberta dessas e de outras propriedades do grafeno,
divulgadas por Geim e Novoselov ainda em 2004, rendeu-lhes seis anos depois o
Nobel de Física, e deu início a uma corrida ao material em várias partes do
mundo. Desde então, ele continua a surpreender os pesquisadores com um
potencial aparentemente ilimitado de aproveitamentos – só em 2010, foram
publicados cerca de 3 mil estudos a esse respeito. “O grafeno não tem apenas
uma aplicação”, afirma Geim. “Não é nem mesmo um material: é uma enorme gama de
materiais. Uma boa comparação seria a maneira como os plásticos são usados.”
As pesquisas se espalham por várias direções e suas
possibilidades têm deixado muita gente eufórica – o governo britânico, por
exemplo, vai investir 50 milhões de libras (cerca de R$ 144 milhões) nas
pesquisas da equipe da Universidade de Manchester e na criação de um centro
regional que leve conhecimentos para as indústrias. Mas vários pesquisadores
ressalvam que a novidade deve ser vista com mais cautela.
Andre Geim (à esq.) e
Konstantin Novoselov ganharam o Nobel de Física de 2010 por pesquisas com o grafeno.
Para Novoselov, por exemplo, é preciso tempo para o
grafeno ser viabilizado industrialmente. O silício, lembra, só passou a ser
usado em transistores seis ou sete anos após o seu surgimento, e os primeiros
circuitos integrados só foram fabricados 10 ou 20 anos depois disso. Mas as
perspectivas são entusiasmantes.
O pesquisador Phaedon Avouris, da IBM, diz que o grafeno
ainda não substitui o silício, pois, embora seja um excelente condutor, não
pode ser “desligado”, o que o tornaria inviável para certas utilizações. Todo o
potencial tem de ser testado na prática: “O tipo de força que as pessoas citam
pode nem mesmo se aplicar a amostras microscópicas”, ressalta o físico Yu-ming
Lin, também da IBM.
No geral, a comunidade acadêmica está deslumbrada. Muitos
apostam que o grafeno vai ser um protagonista de peso em nosso cotidiano nos
próximos tempos. Segundo Novoselov, ele pode inclusive significar a porta para
a criação de objetos que ainda pertencem ao reino da imaginação. “A verdadeira
empolgação, atualmente, é a forma como podemos agora recobrir o grafeno com
diferentes materiais bidimensionais, cada camada possuindo propriedades
diferentes”, ressalta. Os limites para o grafeno ainda terão de ser
descobertos.
Recordes de
desempenho
1 metro quadrado
de rede de grafeno poderia suportar um gato de 4 quilos;
a rede pesaria 0,77 miligrama e seria praticamente invisível
200 vezes
maior que a do aço é a sua resistência
6 mil átomos
ou seja, uma área inferior a 20 nanômetros – tornam o
grafeno o material termodinamicamente mais instável conhecido. Mas com 24 mil
átomos ele se torna o material mais estável conhecido
100 milhões
de dólares por cm2 quadrado era o preço do grafeno em
2008; em 2009, o início da produção em escala derrubou o valor para US$ 100/cm2
150 gigahertz
é a velocidade do transistor criado pela IBM usando
grafeno; o mais rápido de silício alcança cerca de 40 GHz
3 milhões
de camadas de grafeno empilhadas têm altura de 1
milímetro
1 átomo
é a espessura do material
Teia de aplicações
Aparelhos com telas sensíveis ao toque
Quase todos os aparelhos eletrônicos disponíveis possuem
telas com óxido de índio-estanho, uma substância transparente e ótima
condutora. O índio, porém está cada vez mais raro. Já o grafeno vem do abundante
carbono. Com ele, as telas touchscreen ganhariam uma qualidade adicional:
flexibilidade. Pesquisadores sul-coreanos trabalhando em parceria com a Samsung
abriram o caminho, ao produzir uma camada contínua de grafeno com 63
centímetros de largura de uma forma que facilita a fabricação em massa. As
telas flexíveis podem ser o ponto de partida para aparelhos como celulares e
tablets capazes de ser enrolados como uma folha de papel. Para tanto, o
restante desses artefatos também teria de ser flexível, mas esse é um obstáculo
menor do que se imagina. A IBM já montou um transistor de grafeno em escala de
placa semicondutora, e no ano passado apresentou um modelo conceitual de
circuito de grafeno. A Nokia estuda o uso do grafeno em aparelhos móveis, trabalhando
com a ideia de artefatos transparentes e munidos de células solares. Os
primeiros aparelhos entortáveis deverão chegar ao mercado em 2013.
Internet
O grafeno pode ajudar a tornar a internet muito mais
rápida. Cientistas das universidades de Manchester e de Cambridge aperfeiçoaram
dispositivos baseados no grafeno para uso de fotodetectores em sistemas ópticos
de comunicação em alta velocidade. Ao combinar grafeno com nanoestruturas
metálicas, os pesquisadores conseguiram transmitir a luz numa velocidade 20
vezes maior. Notaram ainda que, ao colocar as estruturas sobre o grafeno e
iluminá-las, obtinham energia: o conjunto resultante comporta-se como uma
célula solar. A eficiência na transmissão de luz deverá aumentar com novas
pesquisas.
Próteses
Com o grafeno será possível produzir membros mais
resistentes, flexíveis e leves. Além disso, sua boa condutividade lhe
permitiria integrar eletrodos usados para converter sinais cerebrais em
movimento.
Células de hidrogênio
Folhas de grafeno oxidadas e sobrepostas armazenam
hidrogênio com alto grau de impermeabilidade. Isso as torna ótima opção para o
rendimento do combustível de veículos “verdes”.
Indústrias civil, automotiva, aeronáutica e naval
Materiais compostos que contêm grafeno teriam enorme
resistência (o que aumenta a segurança em caso de acidentes) e seriam leves,
portanto mais econômicos em relação aos usados hoje.
Painéis solares
Cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts
afirmam que o grafeno tornaria os eletrodos das células solares orgânicas
(constituídas de moléculas à base de carbono) mais leves, flexíveis e baratos
do que os disponíveis hoje.
Iluminação
Por ser eletroquimicamente estável, o grafeno é ideal
para ser usado em células eletroquímicas emissoras de luz (LEC). Uma combinação
de uma camada orgânica transparente com dois eletrodos de grafeno dá origem a
janelas e portas quase transparentes quando desligadas, que se tornam fontes de
luz quando ligadas.
Texto em PDF:
Disponível em < http://revistaplaneta.terra.com.br/secao/ciencia/como-grafeno-vai-mudar-sua-vida
> Acesso dia 09 de maio de 2014.
Nenhum comentário:
Postar um comentário