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.
