O que é grafeno? Aplicações e propriedades!

Em Produtos curiosos por André M. Coelho

O grafeno tem ganho muito a mídia nos últimos anos, principalmente depois do prêmio Nobel tersido dado aos cientistas que descobriram essa substância incrível. Mas o que, afinal, é o grafeno? E onde, afinal, o grafeno pode ser aplicado?

Grafeno: características

O grafeno é, basicamente, uma única camada atômica de grafite; um mineral abundante que é um alótropo de carbono constituído por átomos de carbono fortemente ligados, organizados em uma estrutura hexagonal. O que torna o grafeno tão especial é a sua hibridação sp2 e a espessura atômica muito fina. Essas propriedades são o que permite que o grafeno quebre tantos recordes em termos de força, eletricidade e condução de calor, assim como muitas outras propriedades que ainda vem sendo descobertas e pesquisadas. É uma estrutura em duas dimensões que tem diversas aplicações práticas.

Aplicações do grafeno

Apesar de ainda ser cedo para que haja uma produção industrial do grafeno a custos acessíveis, pesquisadores já vem mostrando diversas aplicações para essa incrível substância. Algumas dessas aplicações reunimos abaixo.

Produção de hidrogênio sem platina

Os pesquisadores demonstraram que um catalisador feito de grafeno dopado com cobalto pode ser usado para produzir hidrogênio a partir da água. Os pesquisadores analisaram esse método como uma substituição de baixo custo para catalisadores baseados em platina, que é um material caro de se obter.

Menor custo das telas

Pesquisadores descobriram que o grafeno pode substituir eletrodos baseados em irídio por diodos emissores de luz orgânicos (OLED). Esses diodos são usados em telas de exibição de dispositivos eletrônicos que requerem baixo consumo de energia. O uso de grafeno em vez de índio não só reduz o custo como também elimina o uso de metais no OLED, o que pode tornar os dispositivos mais fáceis de reciclar.

O grafeno tem muitas propriedades incríveis que o tornam um produto com grandes potenciais para o futuro. (Foto: divulgação)

Baterias que recarregam mais rápido

Baterias usam grafeno na superfície do ânodo recarregam mais rápido. Defeitos na folha de grafeno (introduzida usando um tratamento térmico) fornecem caminhos para que os íons de lítio se liguem ao sub-estado do ânodo. Estudos demonstraram que o tempo necessário para recarregar uma bateria usando o ânodo de grafeno é muito menor do que com as baterias convencionais.

Ultracapacitores com melhor desempenho do que as baterias

Esses ultracapacitores armazenam elétrons em folhas de grafeno, aproveitando a grande superfície do material para fornecer o aumento da energia elétrica que pode ser armazenada no capacitor. Os pesquisadores que estão projetando que esses ultracapacitores terão tanta capacidade de armazenamento elétrico quanto baterias de íon de lítio, mas poderão ser recarregados em minutos em vez de horas.

Componentes com maiores proporções de força para peso

Os pesquisadores descobriram que a adição de grafeno a compósitos epóxi pode resultar em componentes mais fortes e mais rígidos que os compostos epóxi usando um peso semelhante de nanotubos de carbono. O grafeno parece se unir melhor aos polímeros no epóxi, permitindo um acoplamento mais efetivo do grafeno na estrutura do compósito. Esta propriedade pode resultar na fabricação de componentes com alta relação de resistência e peso para usos como pás de turbinas eólicas ou componentes da aeronaves.

Armazenamento de hidrogênio para carros com células de combustível

Os pesquisadores prepararam camadas de grafeno para aumentar a energia de ligação do hidrogênio na superfície do grafeno em um tanque de combustível, resultando em uma maior quantidade de armazenamento de hidrogênio e, portanto, um tanque de combustível mais leve. Isso poderia ajudar no desenvolvimento de carros práticos com hidrogênio.

Células de combustível de baixo custo

Pesquisadores demonstraram como produzir nano-plaquetas de grafeno com halogenetos de ponta que possuem boas propriedades catalíticas. Os pesquisadores prepararam os nano-plaquetas com bolas de grafeno com rola na presença de cloro, bromo ou iodo. Eles acreditam que estas nano-plaquetas halogenadas podem ser usadas como um substituto para o caro material catalítico de platina em células de combustível.

Dessalinização de água de baixo custo

Pesquisadores determinaram que o grafeno com furos de um nanômetro ou menos pode ser usado para remover íons da água. Eles acreditam que isso pode ser usado para dessalinizar a água do mar a um custo menor do que as técnicas de osmose reversa atualmente em uso.

Tanques de gás natural leves

Pesquisadores desenvolveram um material utilizando plásticos e grafeno que bloqueiam a passagem de moléculas de gás. Este material pode ser usado em aplicações que vão desde garrafas de refrigerantes até tanques de gás natural leves.

Células solares sensibilizadas com corantes mais eficientes

Pesquisadores desenvolveram uma estrutura em que as folhas de grafeno são mantidas separadas por carbonato de lítio. Eles usaram esse “grafeno 3D” para substituir a platina em uma célula solar sensibilizada por corantes e conseguiram uma conversão mais eficiente da luz solar em eletricidade.

Eletrodos com área de superfície muito alta e resistência elétrica muito baixa

Pesquisadores da Rice University desenvolveram eletrodos feitos de nanotubos de carbono cultivados em grafeno. Os pesquisadores primeiro cultivam grafeno em um substrato metálico e, em seguida, cultivam nanotubos de carbono na folha de grafeno. Como a base de cada nanotubo está ligada átomo a átomo, a folha de grafeno a estrutura nanotubo-grafeno é essencialmente uma molécula com uma enorme área de superfície.

Células solares de menor custo

Os pesquisadores construíram uma célula solar que usa grafeno como eletrodo, conectando a outras estruturas e fazendo uma célula solar composta apenas de carbono. A intenção é eliminar a necessidade de materiais de maior custo e técnicas de fabricação complicadas necessárias para células solares convencionais.

https://youtu.be/cNde6moc4kg

Transistores que operam em maior frequência

A capacidade de construir transistores de alta freqüência com grafeno é possível devido à maior velocidade na qual elétrons no grafeno se movem em comparação com elétrons em silício. Os pesquisadores também estão desenvolvendo técnicas de litografia que podem ser usadas para fabricar circuitos integrados baseados em grafeno.

Sensores para diagnosticar doenças

Esses sensores são baseados na grande área superficial do grafeno e no fato de moléculas que são sensíveis a doenças particulares podem se unir aos átomos de carbono no grafeno. Por exemplo, os pesquisadores descobriram que no grafeno, os fios de DNA e as moléculas fluorescentes podem ser combinados para diagnosticar doenças. Um sensor é formado pela ligação de moléculas fluorescentes ao DNA de uma única cadeia e, em seguida, anexando o DNA ao grafeno. Quando um DNA de cadeia simples idêntico combina com a cadeia no grafeno, um DNA de cadeia dupla formada flui do grafeno, aumentando o nível de fluorescência. Este método resulta em um sensor que pode detectar o mesmo DNA para uma determinada doença em uma amostra.

Membranas para uma separação mais eficiente de gases

Estas membranas são feitas a partir de folhas de grafeno em que foram criados poros em nanoescala. Como o grafeno tem apenas um átomo de espessura, os pesquisadores acreditam que a separação de gás exigirá menos energia do que as membranas mais espessas.

Sensores químicos efetivos na detecção de explosivos

Esses sensores contêm folhas de grafeno na forma de uma espuma que muda de resistência quando estão presentes níveis baixos de vapores de produtos químicos, como amônia.

Quais outras aplicações do grafeno vocês conhecem? O que vocês acham sobre esse incrível material?

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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