Grafeno – uma revolução tecnológica

O grafeno é um cristal bidimensional formado por ligações entre átomos de carbono, com hexágonos que formam algo parecido com uma rede de arame ou a rede de um gol. Ele é, portanto, mais um alótropo sintético do carbono, sendo proveniente de um de seus alótropos naturais, a grafite, a mesma usada nos lápis para escrever. Esse material possui propriedades extraordinárias, tais como as mostradas a seguir:

• é finíssimo – possui a espessura de um átomo;

• é altamente resistente – ele é cerca de 200 vezes mais resistente que o aço e é mais forte que o diamante, dentro das suas proporções;

• é flexível;

O grafeno é um material leve, flexível, muito resistente e transparente

• possui alta condutividade térmica e elétrica – sua condutividade elétrica é 100 vezes mais rápida que a do cobre, que é o condutor mais utilizado no mundo. Estudos iniciais mostraram que a velocidade dos elétrons no grafeno é de 1000 km/s (60 vezes mais rápido que o silício, que é o elemento usado atualmente em semicondutores, transistores para chips, células solares e uma infinidade de circuitos eletrônicos) e pode chegar a uma velocidade de 3000 km/s com uma qualidade muito boa desse cristal;

• é impermeável – sendo capaz de impedir a passagem até mesmo do hélio, um gás extremamente leve;

• tem elevada dureza;

• é muito leve e fino, como a fibra de carbono, mas mais flexível. Com 1,0 grama de grafeno, é possível recobrir uma superfície de 2700 m²;

• tem menor efeito Joule – perde menos energia na forma de calor ao conduzir os elétrons;

• é transparente – transmite 97,5% da luz;

• é barato – sua matéria-prima é abundante (o grafeno pode ser proveniente de qualquer material de carbono);

• pode autorreparar-se.

As propriedades desse material passaram a ser mais estudadas e divulgadas em 2004 pelos cientistas Andre Geim e Konstantin Novoselov, da Universidade de Manchester, que, por isso, receberam o Prêmio Nobel de Física de 2010. Eles obtiveram o grafeno quando realizavam a limpeza da superfície de uma placa de grafite, desgastando-a aos poucos em uma fita adesiva. Quando analisaram os resíduos da grafite que ficaram na fita em um microscópio atômico, viram que esses resíduos mantiveram a estrutura cristalina hexagonal da grafite e que possuíam também um peculiar arranjo simétrico de elétrons que aumentava sua condutividade. No grafeno, os elétrons comportam-se como se não tivessem massa. Testes mostraram que ele funcionava muito bem como transistor.

Andre Geim e Konstantin Novoselov ganharam o Prêmio Nobel de Física de 2010 pelas descobertas relacionadas com o grafeno *

Conforme mostrado no texto Alotropia do carbono, a grafite é formada por placas ou camadas de hexágonos que ficam atraídas umas às outras no espaço. O grafeno é formado somente por uma dessas placas, tendo proporções nanométricas (1 nanômetro é igual à bilionésima parte de um metro (10^-9 m)). Os nanotubos de carbono são grafenos enrolados. Já a outra forma alotrópica sintética do carbono, o C₆₀ (buckminterfullerene), é como se fosse o grafeno dobrado no formato de uma bola de futebol.

Estruturas de alotrópos do carbono – grafeno, grafite, C-60 e nanotubo de carbono

Assim, visto que todas as qualidades mencionadas foram encontradas em um único material, as pesquisas sobre as possibilidades de utilização do grafeno alavancaram, prometendo ser uma revolução tecnológica.

Entre as possíveis aplicações do grafeno que poderiam mudar o mundo que conhecemos estão:

• Possui displays flexíveis que podem ser dobrados. Um exemplo são as telas de tablets e smartphones que, quando caem, quebram. O grafeno seria usado para a produção de uma tela sensível ao toque (touch screen), flexível, transparente e inquebrável. Ele substituiria o ITO (óxido de estanho dopado com índio) utilizado atualmente nas telas sensíveis;

• Acelerar a internet. Foi comprovado que o grafeno consegue realizar a conversão da informação ótica para a elétrica com uma velocidade cerca de 100 vezes mais rápida que os conversores elétricos;

• Pode ser usado em eletrônica para dissipar calor;

• Na produção de sensores, pois o grafeno é totalmente formado por área de superfície;

• Em dispositivos fotônicos;

• Na indústria aeroespacial, naval, automotiva e civil;

• Na produção de composites;

• Na área biomédica, por exemplo, para fazer próteses flexíveis e leves, além de implantes;

• Nas telecomunicações;

• Na geração de energia, como em painéis solares, em células de hidrogênio e em baterias de grande duração;

• Em câmeras fotográficas mais sensíveis;

• Em cabos de alta velocidade;

• Em pinturas que absorvem energia.

A Comunidade Europeia lançou um programa que destinará um bilhão de dólares à pesquisa sobre o grafeno em vários países. A pesquisa sobre esse material no Brasil é realizada principalmente na Universidade Presbiteriana Mackenzie, que investiu 30 milhões de reais para criar o MackGrafe, um centro de pesquisas sobre o grafeno.

Resta esperar para ver quais serão as aplicações do grafeno que se tornarão efetivamente realidade em nossa sociedade.

* Imagem com direitos autorais: rook76/Shutterstock.com

Por Jennifer Fogaça
Graduada em Química