O que é o grafeno?
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.
O grafeno é um material que está a ser investigado há uns tempos. No fundo é uma forma de carbono onde os átomos são alinhados de forma a criar um material ultra-fino, resistente, maleável e condutor de eletricidade.
Só por aqui já dá para ter uma ideia das potencialidades do grafeno e se pensarmos que marcas como a Samsung, Nokia, IBM ou mesmo a Intel estão a investir fortemente no grafeno então percebemos que este é um material promissor.
Mas que vantagens tem e porque é que se deposita tanta esperanças neste novo material?
Estrutura e geometria :
O grafeno é um cristal atômico bidimensional formado por átomos de carbono localizados
nos vértices de uma rede hexagonal (figura 1).
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| Figura 1: Estrutura cristalina do grafeno: átomos de carbono localizados numa rede em formato de favos de mel. |
Apesar das tentativas de se estudar este material datarem de 1859, foi só a poucos
anos atrás que o grafeno começou a ser ativamente investigado científicamente, após Novoselev
e Geim terem conseguido, pela primeira vez, isolar folhas individuais de
grafeno.
Novosolev e Geim , usaram um método relativamente simples para extrair folhas
de grafeno da estrutura do grafite. Eles usaram fitas adesivas para remover algumas camadas
de grafite, e depois usaram um substrato para reduzir ainda mais o número de camadas
de grafite até obter uma única camada que é, então, o grafeno.
Previsões teóricas anteriores afirmavam que era impossível a existência de cristais bidimensionais
grandes a temperaturas finitas, e o fato da existência do grafeno mostra que a
teoria não levou em conta a possibilidade da rede cristalina vibrar e se deformar na direção
perpendicular ao plano do
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| figura 2 |
A Rede cristalina hexagonal (na forma de favos de mel) feita de duas redes triangulares, uma a partir do átomo A (azul) e outra a partir do átomo B (amarelo). a1 e a2 são os vetores da rede triangular e δi , i = 1, 2, 3 são os vetores que apontam para os átomos que são os primeiros vizinhos de um átomo da rede. um dos átomos de uma célula unitária somados a vetores múltiplos dos vetores ~a1 e ~a2, enquanto que o mesmo se pode obter para os átomos de cor azul. Os vetores ~a1 e ~a2 são dados por: ~a1 = dCC 2 (3, √ 3), e ~a2 = dCC 2 (3, − √ 3), (1) onde dCC ∼ 1.42Å é a distância entre os átomos de carbono no grafeno.
Percebe-se que a estrutura hexagonal formada pelos átomos de carbono implica que a ligação química entre eles é aquela formada pela hibridização sp2 dos orbitais s e p. Três elétrons de valência do átomo de carbono fazem parte das três ligações do tipo sp2 e o elétron restante, que ocupa o orbital pz, por exemplo, forma ligações chamadas de π–π que são mais fracas do que as outras. Este elétron do orbital p que se localiza em orbital perpendicular ao plano do grafeno, é responsável pela maior parte das propriedades eletrônicas do mesmo. E, em função da célula unitária do grafeno possuir dois átomos, a estrutura eletrônica forma duas subbandas: uma π e uma π*, que constituem as bandas de valência e condução do grafeno, respectivamente.
Vejamos então seis razões que provam que o grafeno é de facto o material do futuro:
Uma flexibilidade incrível
Segundo estudos feitos sobre o grafeno este novo material tem uma flexibilidade muito próxima da flexibilidade que conhecemos e vemos na borracha: pode ser dobrada sobre si própria sem partir.
Aliás, tal como a borracha, o grafeno pode ser esticado 20% sem quebrar. E continuar a conduzir electricidade. O silício, por exemplo, apenas consegue ser esticado 1% antes de quebrar…
Dito isto é fácil antever dispositivos que se dobrem e há já empresas que têm levado a cabo experiências com transístores de grafeno de modo a poder levar para outro nível os ecrãs flexíveis.
Material à prova de água
Um dos inimigos mais mortíferos para qualquer dispositivo electrónico da actualidade é sem dúvida a água. Recentemente temos visto chegar cada vez mais dispositivos à prova de água, como o novo Samsung Galaxy S5 ou o já por nós testado Xperia Z1 da Sony sendo que estes aparelhos recorrem a técnicas para impedir a água de entrar em contacto com os circuitos.
Com o grafeno não é necessária essa preocupação pois o material é totalmente à prova de água, não oxidando quando submergido, permitindo imaginar equipamentos mais resistentes e dispositivos wearables que possamos realmente levar para todo o lado.
Ultra-fino e ultra-leve
Além das duas propriedades acima referidas o grafeno é também o mais fino e leve material descoberto. Sendo uma estrutura de apenas um átomo de espessura, uma grama de grafeno pode cobrir… um campo de futebol inteiro!
Isto abre as portas a dispositivos cada vez mais leves e finos sendo que para o provar já foi demonstrado um pedaço de grafeno a ser colocado em cima da pétala de uma flor e esta não mexer sequer…
Agora imagina isto aplicado a um smartphone ou um tablet que podem ser pouco mais espessos que uma folha de papel e depois poderem ser dobrados quando não os utilizamos…
Mais forte que o aço
Mas… se é assim flexível, fino e leve se calhar não é muito resistente, certo? Errado.
Esta é mais uma das fantásticas propriedades do grafeno: trata-se de um material mais forte que o aço! E não é por pouco pois há já estudos que indicam que o grafeno é 200 vezes mais resistente que o aço!
Esta resistência deve-se à forma como são “arrumados” os átomos de carbono que compõem o grafeno. O formato em favos de mel permite-lhe ter todas as propriedades acima referidas mas sem descurar a resistência e tendo apenas um átomo de espessura trata-se de um material realmente muito muito fino.
Propriedades eléctricas nunca vistas
Se tudo isto não fosse ainda suficiente para te fazer sonhar, então fica a saber que o grafeno é também um dos melhores, senão mesmo o melhor, condutor de electricidade conhecido.
Além das propriedades de condução excelentes numa larga gama de temperaturas, o grafeno também pode ser utilizado em baterias com um desempenho que faça com que não precisemos de recarregar os nossos dispositivos móveis tantas vezes.
Aliás, há já relatos de que foram concluídos com sucesso testes numa bateria construída em grafeno que demora apenas 15 minutos a ser carregada e consegue manter um smartphone em funcionamento durante… uma semana!
Integração com elementos biológicos
A última razão pela qual o grafeno é com certeza um elemento chave no futuro da tecnologia prende-se com a sua capacidade em interagir com… corpos vivos.
De acordo com o Dr. Aravind Vijayaraghavan da Universidade de Manchester, o grafeno tem potencial suficiente para ser utilizado em sensores que possam se ligar ao nosso sistema nervoso ou mesmo “falar com células”.
Se pensarmos que estamos a ver aparecer cada vez mais dispositivos ligados à área da saúde então a utilização do grafeno poderá mesmo revolucionar esta área.
fontes/referencias:
http://www.revolucaodigital.net/2014/04/17/6-razoes-grafeno-futuro/
http://brasilescola.uol.com.br/quimica/grafenouma-revolucao-tecnologica.htm
http://slideplayer.com.br/slide/1852004/
http://www.icex.uff.br/icex/wp-content/uploads/2011/11/MiniCurso_CNT-grafeno.pdf
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