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Grafeno, o material do futuro
 
 
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 A DESCOBERTA O GRAFENO
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O Grafeno é um cristal bidimensional com apenas um átomo de espessura e proveniente do grafite. O material é tido pelos cientistas como absolutamente revolucionário e apesar de conhecido a bastante tempo, começou a ser extraído e utilizado com eficiência somente nos dias atuais.

As pesquisas com grafeno tiveram início em 1947, através de estudos realizados pelo físico Philip Russel Wallace, que descobriu o material e percebeu que o mesmo poderia ter princípios de utilização bastante interessantes. Em 1962 o material foi estudado de forma mais profunda pelos químicos alemães Ulrich Hofmann e Hanns-Peter Boehm, que batizaram o composto pela junção da palavra “grafite” e do sufixo “-eno”.  Entretanto sua extração e isolamento ainda não eram possíveis na época.

Somente em 2004, cerca de 40 anos depois de o grafeno ser batizado, é que os cientistas Andre Geim e Konstantim Novoselov da Universidade de Manchester conseguiram isolar o material de forma eficiente, o que rendeu aos dois o prêmio Nobel de física de 2010 pelo seu trabalho pioneiro. A partir do isolamento do grafeno, os dois cientistas iniciaram os testes do material a partir de análises microscópicas e logo de início perceberam o vasto potencial de suas propriedades. A partir da publicação do estudo na revista Science em 2004 (antes disso a comunidade científica não estava convencida que uma folha cristalizada de um átomo de espessura pudesse ser estável) foi iniciada uma revolução no estudo do grafeno, várias universidades do mundo queriam saber como era produzido o material e como suas propriedades incomuns poderiam ser utilizadas.

Os estudos iniciais, comandados por Geim e Novoselov se concentraram no potencial do grafeno como condutor, o que seria uma alternativa ao silício utilizado em semicondutores. A partir daí uma enxurrada de artigos científicos (somente em 2010 foram publicados cerca de 3000 estudos) que exploram as possibilidades, aparentemente ilimitadas, do material. Atualmente é um consenso que o grafeno revolucionará a maneira de como faremos as coisas no mundo.

A estrutura atômica do grafeno proporciona máxima flexibilidade. (Divulgação)



O QUE É O GRAFENO?
O grafeno é composto unicamente por carbonos, assim como o grafite e o diamante. Entretanto, seus átomos se organizam de maneira plana e extremamente compactados. Isso faz com que este material seja muito resistente, extremamente fino e leve, além de ser um ótimo condutor de eletricidade e calor.

Estruturalmente o grafeno é constituído por uma estrutura hexagonal em uma estrutura semelhante a um favo de mel, cujos átomos se organizam em uma fina camada atômica de carbonos.

Na prática, podemos dizer que o grafeno é o material mais forte que existe, estudos recentes demonstram que ele é 200 vezes mais resistente que o aço. Além disso é extremamente fino, para se gerar uma camada de 1mm de espessura são necessárias cerca de 3 milhões de camadas empilhadas uma sobre as outras. Outras características tornam o grafeno ainda mais interessante, ele é transparente, anticorrosivo, elástico e é o melhor condutor de calor e eletricidade conhecido até o momento.

Na prática, o grafeno é o material mais forte (200 vezes mais resistente do que o aço), mais leve e mais fino (espessura de um átomo) que existe. Para se ter ideia, 3 milhões de camadas de grafeno empilhadas têm altura de apenas 1 milímetro. Fora isso, ele é transparente, elástico, pode ser mergulhado em líquido sem enferrujar ou danificar sua composição e conduz eletricidade e calor melhor do que qualquer outro componente. Além disso, o grafeno é extremamente barato para ser produzido. Daí vem a tal revolução que o material pode trazer, já que tem muito mais qualidades que o plástico e o silício. Cientistas apontam que devido a estas características, o grafeno será em um futuro breve mais revolucionário que o plástico e o silício, revolucionando a indústria tecnológica. Os estudos realizados até o momento indicam claramente que o material poderá ser utilizado em quase todos os setores da indústria, da fabricação de raquetes de tênis à preservativos, entretanto é na indústria de tecnologia, principalmente na fabricação de dispositivos móveis como tablets e smartphones que ele se sobressai. Você já imaginou smartphones que podem ser carregados em 15 minutos, com tempo de duração da bateria de pelo menos uma semana? Ou ainda poder dobrar seu aparelho, transparente como vidro, diga-se de passagem, como se fosse uma folha de papel sem danificar nenhum componente de seu aparelho ou sua tela de altíssima definição? Tudo isso em um equipamento de apenas algumas gramas de peso? É nisso que os cientistas apontam para o futuro a partir de um maior conhecimento sobre o material.

Pode parecer ficção, porém algumas dessas aplicabilidades já são realidade, em 2011 pesquisadores da Northwestern University conseguiram produzir uma bateria de grafeno que carregava em 15 minutos e que mantem sua carga por mais de uma semana. E por incrível que pareça este tempo já foi superado, um pesquisador da Universidade da Califórnia, Richard Kaner, afirma que consegui carregar um notebook com uma bateria de grafeno em apenas 10 segundos.


COMO O GRAFENO É PRODUZIDO?
O grafeno, apesar de revolucionário, não é um material extremamente raro. Na realidade quando utilizamos lápis e papel, sem saber estamos produzindo grafeno. Ao rabiscar algo com um lápis, deixamos sobre a superfície do papel, inúmeras folhas de grafite, também conhecidas como grafeno. Na ponta de um simples lápis podemos observar um material laminar, disposto em várias camadas sobrepostas, que por sua vez, são constituídas por átomos de carbono que se arranjam atomicamente em planos hexangulares.  O isolamento do material realizado por Andre Geim e Konstantin Novoselov, foi feito a partir destas folhas de grafite. Para tal, os pesquisadores utilizaram apenas um rolo de fita adesiva, um pedaço de grafite puro e um transistor feito de grafeno. Eles usaram a fita adesiva para “descascar” o grafite progressivamente até conseguirem chegar a uma lâmina de apenas um átomo de espessura. Os materiais utilizados na produção do Grafeno podem ser observados no museu do Nobel em Estocolmo e foram doados pelos próprios pesquisadores.

Apesar da forma simples como o grafeno foi obtido pela primeira vez, a sua produção em larga escala ainda é um problema para as indústrias. A obtenção de um material de alta qualidade e que possa ser produzido em larga escala ainda é um desafio. Entretanto, Pesquisadores acreditam que a solução para estes problemas está próxima de ser solucionada e não deve ser um entrave para o desenvolvimento de pesquisas com o material. O silício, por exemplo, demorou 20 anos para que os primeiros circuitos integrados com este material se tornassem viáveis. Uma das descobertas mais importantes na produção de grafeno foi publicada por pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Samsung (SAIT) e da Universidade Sungkyunkwan, na Coreia do Sul. O estudo aponta uma maneira prática, rápida e barata de produzir grafeno de alta qualidade a partir de pastilhas de silício.

O esforço da indústria na produção de grafeno não ocorre sem motivo, enquanto uma tonelada de grafite é comercializada por um dólar no mercado internacional, o grafeno poderá ser comercializado com um valor de até 10 mil vezes maior dependendo de sua qualidade. Até o momento os estudos mais promissores de produção de grafeno se referem a esfoliação mecânica do grafite ou a partir da deposição de átomos de carbono, sendo a primeira forma mais vantajosa quando pensamos em produção em larga escala. Este fato pode ser interessante para o Brasil, que atualmente é o terceiro maior produtor e maior detentor de reservas de grafite do mundo.

A partir de seu potencial de produção foi criado o Graphene Flagship Consortium, uma parceria entre várias empresas de tecnologia (incluindo gigantes como a Nokia, Samsung e IBM), universidades e centros de pesquisas, todos interessados em explorar as capacidades do material. No Brasil o primeiro centro de pesquisa com o grafeno foi montado pela Universidade Presbiteriana Mackenzie em São Paulo e conta com um investimento de cerca de R$ 20 milhões. Além do alto investimento, existe ainda uma batalha judicial intensa entre as empresas para as diferentes aplicações do material, somente a Samsung já possui 38 patentes e pelo menos 17 aplicativos que utilizam a palavra grafeno.


O FUTURO DO GRAFENO
Já foi dito que o grafeno é um material que irá revolucionar a forma como lidamos com nossos aparelhos eletrônicos. Interruptores ópticos feitos com base no grafeno aumentaram a capacidade de transmissão de dados de internet em 100 vezes. No Instituto de Tecnologia da Geórgia nos Estados Unidos pesquisadores desenvolveram uma antena de grafeno, extremamente fina, que foi capaz de transmitir 1 terabit de informações em apenas 1 segundo. Entretanto não é apenas à eletrônica que as utilizações do grafeno se destinam. Vários setores têm mostrado grande interesse na utilização do material. Na indústria automobilística o grafeno já começou a ser aplicado no revestimento anticorrosivo de estruturas metálicas por exemplo. A fabricante BAC de automóveis esportivos foi a primeira empresa a desenvolver um automóvel com painéis de grafeno, o que o torna muito mais leve e rígido em comparação aos painéis tradicionais. A Ford divulgou recentemente que peças do Mustang e da F-150 já possuem projetos de utilização do grafeno na cobertura de linhas de combustíveis, bombas e motores. Esta inovação, segundo os projetistas da marca, tornaram as cabines mais silenciosas, trazendo uma redução de cerca de 17% no ruído, melhoria de 20% nas propriedades mecânicas do veículo, além de ser 30% mais resistente ao calor do que os materiais sem grafeno.

Recentemente militares chineses apesentaram o helicóptero Z-10 com blindagens feitas de grafeno, segundo Wei Dongxu, analista militar de Pequim, pelo material ser forte e leve ele resolve o problema de peso que estes tipos de helicópteros possuem por possuírem blindagens extras. O militar ressalta ainda que a blindagem de grafeno pode proteger de forma efetiva peças chave do helicóptero como o cockpit e o tanque de combustível, aumentando a chance de sobrevivência da aeronave em caso de ataques. Além de blindagens, os militares chineses têm desenvolvido coletes a prova de bala que também utilizam o material, ressaltando que em breve o grafeno será utilizado também em outros veículos militares devido sua alta eficiência e custo benefício.

Um outro ramo industrial que tem investido pesado na utilização do grafeno é a indústria têxtil. Os avanços mais significativos nesta área estão relacionados ao desenvolvimento de tecidos “inteligentes”, que serão capazes de possuir características condutoras, térmicas, hidrofóbicas, entre várias outras. Até o momento o maior inconveniente para a indústria no desenvolvimento destes tecidos era a integração entre os tecidos e dispositivos eletrônicos devido ao excesso de peso, rigidez, não resistência a água, entre outros fatores. O grafeno, sem dúvida, é o material que irá alterar esta perspectiva. Algumas gigantes do setor de roupas esportivas indicam que fibras do novo material poderão ser aplicadas em tecidos como sensores elétricos e de temperatura, substituindo com eficiência materiais como o poliéster e o nylon. Não obstante, as roupas seriam muito mais leves e com pequeno volume de armazenamento. Tintas produzidas com grafeno poderiam ainda ser utilizadas para detecção de vários parâmetros do indivíduo.

Uma jaqueta desenvolvida com o que foi chamado de grafeno Plus (G+) foi utilizada por atletas e o tecido atuou como um filtro de temperatura entre o usuário e o ambiente externo. O grafeno também tem mostrado forte citotoxicidade para bactérias, impedindo o crescimento destes microrganismos na superfície dos tecidos, o que poderia ser utilizado em ambientes hospitalares aumento a assepsia destes locais. Em um estudo publicado na revista Scientific Reports do grupo Nature, Helena Alves, cientista da Universidade de Aveiro (UA) em Portugal afirma em um futuro próximo seremos capaz de produzir roupas inteligentes que poderão incorporar em seu tecido: celular, leitor mp3, GPS, sensores de monitorização médica, dispositivos de segurança camuflados, entre várias outras coisas. Uma das primeiras peças idealizadas pelo grupo foi uma camisa que pode mudar de cor devido a sensores de grafeno inseridos no interior do tecido. Segundo a pesquisadora será possível ter “20 camisas diferentes numa só”, graças aos seus componentes eletrônicos.

Ainda não sabemos exatamente quais as reais potencialidades de utilização do grafeno, porém uma coisa é indiscutível, a forma de produção de diversos produtos, de sensores a smartphones, de cabos de transmissão a circuitos eletrônicos, de roupas a veículos automotores serão revolucionados com o aumento de nossa capacidade de manipulação e produção deste novo e incrível material.


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