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Energia Inteligente

Como funciona: Grafeno

Publicado em 24 novembro 2018

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O que é?

O grafeno é um material composto de átomos de carbono que, por ser simplesmente o mais fino e mais condutor do mundo, é tido como o futuro da tecnologia. Essa camada ligeiríssima de grafite é ainda muito resistente, se levarmos em consideração sua espessura, sendo 100 vezes mais forte que o aço.

Quando isolado e usado da forma correta, o grafeno ganha possibilidades incríveis de utilização e, por isso, é visto como a solução de vários problemas na área de tecnologia: desde substituição de materiais raros e escassos até o barateamento de custos para o consumidor.

Não é à toa que o grafeno é supervalorizado no mundo da tecnologia. Ele é, simplesmente, o material mais forte, mais leve e mais fino conhecido na atualidade. Além disso, é transparente, elástico e conta com propriedades elétricas e óticas.

História

A descoberta do grafeno se deu em 1947 e foi feita pelo físico Philip Russel Wallace. Esse físico foi o primeiro a estudar de maneira teórica o grafeno, contudo, foi somente no ano de 1962 que o material se tornou real por meio do trabalho dos químicos Ulrich Hofmann e Hanns-Peter Boehm. Aliás, foi Boehm quem batizou o material com esse nome usando a união das palavras grafite e o sufixo –eno.

Porém, o grafeno se mostrou uma alternativa para a tecnologia somente em 2004 quando os físicos Andre Geim e Konstantin Novoselov resolveram fazer um teste do seu potencial como um transistor. A partir dessa experiência se chegou a uma amostra do material para a realização de estudos efetivos, pois se mostrou possível isolá-lo da maneira certa. O mais curioso é que o grande feito dessa experiência foi obtido com o uso de uma fita adesiva.

Na época em que foi isolado, muitos pesquisadores que estudavam nanotubos de carbono já estavam bem familiarizados com a composição, a estrutura e as propriedades do grafeno, que haviam sido calculadas décadas antes. A combinação de familiaridade, propriedades extraordinárias e surpreendente facilidade de isolamento permitiu uma explosão nas pesquisas sobre o grafeno.

A descoberta, que rendeu à dupla o Prêmio Nobel da Física em 2010, é objeto de estudos do pesquisador Daniel Elias, doutor em Física pela UFMG que acaba de voltar do pós-doutorado orientado por Geim e Novoselov. “O grafeno é o material mais resistente do mundo, além de ser ótimo condutor de eletricidade e de calor. Além disso, é transparente, durável e impermeável. Essas propriedades abrem um leque de aplicações para o material”, explica Elias.

As aplicações para o grafeno vão desde a produção de componentes eletrônicos ao revestimento de estruturas. Por ser completamente impermeável e resistente, estruturas feitas com o material proporcionam alta proteção para os materiais que revestem. “Um novo uso para o grafeno seria a criação de supercapacitores. Eles substituiriam as atuais baterias de celulares, que passariam a ser carregadas em segundos”, explica o pesquisador.

No momento, Daniel Elias estuda as propriedades eletrônicas do grafeno a partir de medidas de capacitância em campos magnéticos intensos, que foram recentemente descritas no artigo Interaction phoenome in graphene seen through quantum capacitance, publicado este ano na revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

“Só no Departamento de Física da UFMG há em torno de 25 professores e estudantes focados em estudos sobre o grafeno e outras nanoestruturas de carbono. Trabalhamos na caracterização do grafeno elemento, além de tentarmos desenvolver novas técnicas para sua obtenção e aplicações”, afirma.

Utilidades e possibilidades

Devido a todas as suas propriedades físicas, o grafeno apresenta um imenso potencial de aplicações. Em teoria, um processador de grafeno poderia alcançar clock de 500 GHz, dado bastante expressivo comparado a tecnologia atual, na qual o silício trabalha abaixo de 5 GHz.

Uma das aplicações mais recentes do grafeno foi a criação em laboratório de supercapacitores, que podem ser utilizados em baterias e carregam mil vezes mais rápido que as baterias de hoje em dia. O óxido de grafeno é capaz de extrair substâncias radioativas solutas em água.

Além disso, o grafeno é o principal componente dos nanotubos de carbono, material que devido às suas extraordinárias propriedades de condução térmica, mecânica e elétrica, é de altíssimo valor no campo da nanotecnologia, eletrônica e óptica.

Grafeno no Brasil

Desde o início de 2012, o Mackenzie se movimenta para criar o primeiro centro de pesquisa brasileiro em um material que pode mudar o mundo: o grafeno.

Já estão sendo feitas as fundações de um prédio de seis andares no centro de São Paulo que será totalmente voltado para o estudo desse cristal. A rapidez impressiona. Desde a tomada da decisão, decorreu menos de um ano para o começo da obra do chamado Mackgrafe. O investimento é de 26 milhões de reais.

Um terço vem da Fapesp, agência de fomento à pesquisa do estado de São Paulo, que aprovou o projeto em sete meses, quando investimentos do gênero costumam enroscar por anos na burocracia. A pressa tem motivo. A expectativa é que em cinco anos o Mackgrafe seja capaz de apresentar equipamentos que multipliquem por 100 a velocidade das fibras ópticas.

Isso pode posicionar o Brasil na vanguarda da aplicação do grafeno em telecomunicações. Há poucas universidades no mundo com estudos semelhantes — uma delas é a britânica Cambridge, que também ainda está construindo seu centro de pesquisa. “Ou pegávamos esse bonde agora, ou íamos ficar para trás”, afirma Eunezio de Souza, físico que dirige o Mackgrafe.

O Centro de Pesquisa em Grafeno da Universidade Nacional de Singapura também é uma referência. Ele é dirigido por Antonio Castro Neto, brasileiro que estudou grafeno junto com os vencedores do Nobel. Castro Neto cursou física na Unicamp com Eunezio de Souza, do Mackenzie. As trocas acadêmicas de 20 anos entre os dois amigos culminaram, em janeiro de 2012, na assinatura de um convênio de cooperação entre o Mackenzie e a Universidade de Singapura. Souza levou o reitor do Mackenzie ao pequeno país para convencê-lo a ceder 100 metros quadrados para o estudo do grafeno.

Acabou ganhando apoio para fazer um centro com 6 500 metros quadrados e equipamentos sofisticados. A inauguração do Mackgrafe está prevista para maio de 2014, mas já há 30 pesquisadores trabalhando com o tema no Mackenzie. Mais 12 professores e bolsistas estão sendo recrutados por meio de anúncios nas revistas científicas Nature e Science.

Pode até ser que o Mackgrafe não revolucione a ciência brasileira, mas a multiplicação de iniciativas como essa, com foco prático e visão de longo prazo, seria bem-vinda para fazer do Brasil, nas palavras do Nobel Novoselov, “um país orientado para a tecnologia”.

Curiosidades

1 – Resistência impressionante

O grafeno é nada menos que 100 vezes mais resistente que o aço e seis vezes mais leve! Além disso, o material é mais forte que o diamante.

2 – Mas afinal, o que é o Grafeno?

Basicamente, o grafeno é composto por átomos de carbono, formando uma espécie de folha unidimensional compactada, tendo a espessura de uma molécula.

3 – Mais que excelente condutor

Uma das propriedades que os estudiosos descobriram é que o novo material mais resistente que o aço é o melhor condutor de eletricidade e calor do mundo.

4 – Super maleabilidade

Como se não bastasse ser um incrível condutor, o grafeno é considerado o material mais maleável conhecido até hoje.

5 – A fantástica “folha maravilha”

Uma das pesquisas mais recentes descobriu que o grafeno é capaz de permitir a evaporação da água sem deixar que praticamente todos os outros tipos de líquidos e gases escapem de um recipiente.

6 – Material sustentável

Já está parecendo maravilhoso? Pois acredite, além de todas essas características, o grafeno pode ser reciclado, contribuindo para a sustentabilidade do planeta.

7 – Super tendência de uso

As propriedades do grafeno estão animando diversos setores. A expectativa é de que ele possa ser usado em filtros de água, telefonia celular, e até mesmo no lugar do silício em computadores!

8 – Ainda mais aplicações que você vai querer

Não ficou satisfeito com o uso? Pois saiba que uma das funções do grafeno pode ser a criação de baterias de tablets e smartphones muito mais potentes e… telas flexíveis e inquebráveis!

9 – Baratinho para todos

Uma das curiosidades sobre o composto mais resistente que o aço é que ele é muito barato, pois pode ser encontrado em qualquer material de carbono! Isso faz o grafeno ser uma das grandes apostas da indústria, sem dúvida.

10 – O grande e esperado acelerador da internet

Foi descoberto que o grafeno é capaz de converter informações óticas em elétricas 100 vezes mais rápido que os conversores elétricos tradicionais. Imagine uma internet 100 vezes mais rápida do que estamos acostumados? Com certeza isso agradaria a todo o mundo!

A animação sobre a maravilha mais resistente que o aço é tão grande, que recentemente a Comunidade Europeia criou um programa de investimento bastante interessante: 1 bilhão de dólares está sendo destinado a diversos países como incentivo às pesquisas sobre as propriedades e as aplicabilidades do grafeno!

Gostou de tudo o que o material mais resistente que o aço é capaz? Sim, a capacidade de descoberta do homem é simplesmente maravilhosa, mas nem todos os seres humanos são dotados de tanta inteligência. Que tal aproveitar seu bom humor para conhecer as 13 invenções mais inúteis dos últimos tempos?

Vantagens O grafeno tem uma vantagem sobre o silício de funcionar melhor quanto menor a folha. Apesar de ser feito apenas de carbono, o material se comporta como um metal, conduzindo eletricidade virtualmente sem perdas –ao passo que, no silício e em outros semicondutores, os elétrons se chocam uns contra os outros, dissipando energia em forma de calor. É resistente, possui transparência e flexibilidade, além de ser um ótimo condutor de eletricidade. Na prática, o grafeno é o material mais forte (200 vezes mais resistente do que o aço), mais leve e mais fino (espessura de um átomo) que existe. É extremamente barato para ser produzido. 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.

Desvantagens Transistores precisam ligar e desligar para produzir os ‘zeros’ e ‘uns’ que codificam a informação num chip. O grafeno, por sua vez, não desliga nunca. A substância não se decompõe facilmente em lagos e rios e pode viajar longas distâncias na correnteza por conta disso, o que acaba aumentando as chances de que a poluição por grafeno polua mais ecossistemas.

 

Fontes:

https://www.revistaplaneta.com.br/como-grafeno-vai-mudar-sua-vida/

https://www.hipercultura.com/caracteristicas-do-grafeno-o-material-do-futuro/

https://canaltech.com.br/produtos/grafeno-conheca-o-material-que-vai-revolucionar-a-tecnologia-do-futuro-25436/

https://revistagalileu.globo.com/Ciencia/Meio-Ambiente/noticia/2014/05/o-lado-sujo-do-grafeno.html

https://www1.folha.uol.com.br/folha/ciencia/ult306u15052.shtml

https://www.ufmg.br/online/arquivos/028077.shtml

https://www.techtudo.com.br/artigos/noticia/2013/04/entenda-o-que-e-grafeno-e-por-que-ele-pode-revolucionar-os-eletronicos.html