Grafeno: por que essa substância é tão importante?

Em Tecnologias inovadoras por André M. Coelho

O grafeno é um arranjo bidimensional em forma de favo de mel para átomos de carbono e que está revolucionando a tecnologia. Sua descoberta foi tão significativa que os cientistas russos Andre Geim e Konstantin Novoselov receberam o Prêmio Nobel de Física de 2010 pela descoberta. Mas por que o grefeno tem sido taxado como o material do futuro? Suas propriedades e estrutura trazem a resposta para a importância desse material.

Tudo sobre grafeno: um material bidimensional

Quase todos os materiais que encontramos são tridimensionais. Estamos apenas começando a entender como as propriedades de um material são alteradas quando ele é feito em uma matriz bidimensional. As características do grafeno são muito diferentes daquelas da grafite, que é a disposição tridimensional correspondente do carbono. Estudar o grafeno nos ajuda a prever como outros materiais podem se comportar em forma bidimensional. Sendo feito com um dos elementos mais comuns no nosso mundo (carbono), o grafeno torna-se uma opção viável e fácil de fabricar para analisar essas estruturas bidimensionais.

Propriedades do grafeno: condutividade elétrica

A eletricidade flui muito rapidamente através da folha de grafeno simples. A maioria dos condutores que encontramos são metais, e o grafeno é baseado em carbono, um não-metal. Isto permite o desenvolvimento da eletricidade para fluir em condições onde não queremos um metal. Quais são essas condições? Estamos apenas começando a responder a essa pergunta, mas podemos visualizar diversas aplicações nesse contexto. Próteses robóticas podem usar menos metal, barateando os custos de produção. O grafeno pode substituir o metal em eletrônicos que tem usado metais raros na sua composição por não haver outras opções. É possível também usar o grafeno no lugar de metais que causavam interferências em outros sistemas.

A forma em duas dimensões do grafeno parece o topo de um favo de mel. E essa forma tem diversas propriedades altamente procuradas por engenheiros de materiais. (Foto: ExtremeTech)

Grafeno: aplicações para dispositivos muito pequenos

O grafeno conduz tanta eletricidade em um espaço tão pequeno que pode ser usado para desenvolver computadores e transistores miniaturizados e muito rápidos. Esses dispositivos devem exigir uma quantidade minúscula de energia para funcionarem. O grafeno é flexível, forte e transparente também, o que cria novas possibilidades de aplicação para o material em eletrônicos vestíveis, monitores, e diversas tecnologias inovadoras que ainda veremos no mercado.

Grafeno é o material do futuro porque abre possibilidades de pesquisa na mecânica quântica

O grafeno pode ser usado para testar as previsões da eletrodinâmica quântica. Esta é uma nova área de pesquisa, uma vez que não foi fácil encontrar um material que exibe partículas que tornam possíveis esses estudos. A melhor parte é que o grafeno não é um material exótico. É algo que qualquer pessoa pode fazer em casa de forma relativamente simples.

Fatos sobre o grafeno

A palavra “grafeno” refere-se a uma folha de camada única de átomos de carbono dispostos hexagonalmente. Se o grafeno estiver em outro arranjo, normalmente é especificado. Por exemplo, grafeno bicamada e grafeno multicamada são outras formas que o material pode tomar.

Assim como o diamante ou o grafite, o grafeno é um alótropo de carbono. Especificamente, é feito de átomos de carbono ligados a sp2 que tem um comprimento de ligação de molécula de 0,142 nm entre os átomos.

Três das propriedades mais úteis do grafeno são: é extremamente forte (100 a 300 vezes mais forte do que o aço), é um condutor (melhor condutor de calor à temperatura ambiente, e com uma densidade de corrente eléctrica de magnitude superior ao cobre), e é flexível.

O grafeno é o material mais fino e leve conhecido. Uma folha de 1-metro quadrado de grafeno pesa apenas 0,0077 gramas, mas é capaz de suportar até quatro kg de peso.

Uma folha de grafeno é naturalmente transparente.

O futuro do grafeno

Os cientistas estão apenas começando a explorar os muitos usos possíveis do grafeno. Algumas das tecnologias em desenvolvimento incluem o carregamento ultra-rápido de baterias e o recolhimento de resíduos radioativos, tornando a limpeza mais fácil.

Outras aplicações incluem também memórias de computadores mais rápidas, além de ferramentas mais fortes e mais leves para uso no ambiente de trabalho. Nos materiais esportivos, também podem ser desenvolvidos materiais ultraleves e com alta resistência, melhorando o desempenho dos atletas.

Telas sensíveis ao toque ultrafinas são aplicações para smartphones, tablets, e outros dispositivos eletrônicos, que ainda por cima se torna um material quase inquebrável.

Na biomedicina, o grafeno pode ser aplicado biossensores e outros dispositivos mais rápidos e eficientes para medir a glicose no sangue, colesterol, e muitas outras análises. Isso de forma muito pouco invasiva.

Fones de ouvido com uma qualidade muito maior do que os disponíveis atualmente podem ser fabricados. O grafeno pode reduzir a necessidade de baterias, reduzindo também o consumo de eletricidade pelos componentes eletrônicos.

Novos revestimentos impermeáveis, baterias dobráveis, aeronaves e proteção individual mais fortes e mais leves, ajuda na regeneração de tecidos, purificação da água salgada em água potável e dispositivos biônicos conectados diretamente aos neurônios de um indivíduo são apenas algumas das possibilidades que o grafeno trouxe.

Quais aplicações você já conhece do grafeno? Como você acha que ele poderá ser usado no futuro?

Sobre o autor

Engenheiro eletricista, André sempre foi interessado em novas tecnologias. Na primeira década dos anos 2000, atuou como consultor tecnológico em empresas, ajudando as empresas a escolherem as melhores tecnologias para suas necessidades. Desde então, continuou estudando o assunto e hoje compartilha o que aprendeu e continua aprendendo através do site Tecnologia É.

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