Um dos materiais mais inovadores cuja facilidade de manuseio do grafeno vai permitir que ele seja aplicado em quase todos os setores da indústria, inclusive na medicina. “A quantidade de aplicações é extraordinária. Só é limitada pela criatividade dos cientistas”, brinca o físico Antônio Hélio de Castro Neves, diretor do Centro de Pesquisa em Grafeno da Universidade Nacional de Cingapura. O grafeno é uma das formas cristalinas do carbono, assim como o diamante, o grafite, os nanotubos de carbono e fulerenos. Esse material, pode ser considerado tão ou mais revolucionário que o plástico e o silício. O grafeno de alta qualidade é muito forte, ...
leve, quase transparente, um excelente condutor de calor e eletricidade. É o material mais forte já demonstrado, consistindo em uma folha plana de átomos de carbono densamente compactados em uma grade de duas dimensões. É um ingrediente para materiais de grafite de outras dimensões, como fulerenos 0D, nanotubos 1D ou grafite 3D.
Basicamente, o grafeno é um material constituído por uma camada extremamente fina de grafite, com a diferença de que possui uma estrutura hexagonal cujos átomos individuais estão distribuídos, gerando uma fina camada de carbono. Na prática, o grafeno é o material mais forte, 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. O termo grafeno foi proposto como uma combinação de grafite e o sufixo -eno por Hanns-Peter Boehm. Foi ele quem descreveu as folhas de carbono em 1962.
Produção Industrial
Os eletrodos de grafeno têm uma área de 1 × 2 centímetros quadrados, o que é gigantesco para um material com a espessura de apenas um átomo.
19/01/2017 - Engenheiros alemães conseguiram, pela primeira vez, fabricar eletrodos de grafeno e demonstrar seu uso efetivo em LEDs orgânicos, ou OLEDs. O processo, desenvolvido por pesquisadores do Instituto Fraunhofer, juntamente com parceiros da indústria, surpreendeu porque toda a comunidade científica tem acentuado o grande hiato que existe entre a pesquisa dos materiais bidimensionais em laboratório e sua reprodução em ambiente industrial. Os OLEDs de grafeno podem, por exemplo, ser integrados em monitores sensíveis ao toque - e o grafeno promete muitas outras aplicações para o futuro.
"Este foi um avanço real na pesquisa e na integração de materiais extremamente exigentes," disse Beatrice Beyer, coordenadora do projeto Gladiator (Graphene Layers: Production, Characterization and Integration, ou Camadas de Grafeno: Produção, Caracterização e Integração), financiado pela União Europeia.
Celulares que não quebram
Os eletrodos fabricados têm uma área de 1 × 2 centímetros quadrados, o que é gigantesco para um material com a espessura de apenas um átomo. Devido à sua flexibilidade, os eletrodos de grafeno são ideais para telas sensíveis ao toque, em substituição ao raro e caro ITO - em vez de vidro, pode-se usar um filme de polímero transparente, o que significa que a tela não irá quebrar se o aparelho cair. Muitas outras aplicações também estão na pauta: nas janelas, o grafeno transparente poderia controlar a passagem da luz e do calor ou servir como um eletrodo em filtros de polarização. O material também pode ser usado em células solares fotovoltaicas, têxteis de alta tecnologia e mesmo em medicina.
Produção industrial do grafeno
O processo de produção dos eletrodos de grafeno ocorre sob vácuo. Em uma câmara de aço, uma película de cobre de alta pureza é aquecida a cerca de 800º C. Uma mistura de metano e hidrogênio é adicionada e inicia uma reação química, com o metano dissolvendo-se no cobre e liberando os átomos de carbono, que se espalham na superfície da película, dando origem ao grafeno. O processo demora apenas alguns minutos. Após uma fase de resfriamento, coloca-se um polímero transportador sobre o grafeno e o filme de cobre é eliminado por ataque químico.
"Os primeiros produtos já poderão ser lançados em dois a três anos", disse Beyer com confiança. Durante o restante do projeto, a equipe irá se concentrar em eliminar as impurezas e defeitos que ocorrem durante a transferência do grafeno para o material de suporte.
Grafeno é apenas o começo no universo dos materiais unidimensionais
2015 - Muito se tem falado sobre o grafeno, protagonista de uma onda tecnológica que poderá levar ao desenvolvimento de computadores ultrarrápidos, transistores com a espessura de átomos, dispositivos médicos mais seguros ou aparelhos eletrônicos flexíveis que podem ser dobrados e colocados no bolso. Tudo isso e muito mais. O potencial do versátil material derivado do grafite tem como base propriedades como a dureza (200 vezes mais que o aço), associada à extrema leveza e espessura atômica, e à capacidade de conduzir calor e eletricidade melhor do que qualquer outro material conhecido.
Além do grafeno
Mas o grafeno não está sozinho. Ele é apenas um entre muitos novos materiais chamados de bidimensionais - por serem formados por camadas planas e simples de átomos ou moléculas - que chegam juntos com o potencial de iniciar uma revolução científica e tecnológica de dimensões imprevisíveis. Embora a molibdenita - outro material considerado bidimensional, embora seja monocamada, e não monoatômico - já tenha ultrapassado o grafeno no campo das aplicações eletrônicas, o fato é que a grande maioria desses materiais ainda é desconhecida.
"Há muitos a serem descobertos e estudados. Não dá nem para dizer que estamos na ponta do iceberg. O número de sistemas bidimensionais é imenso e só agora estamos olhando para eles", explica o físico brasileiro Antônio Hélio de Castro Neto, atualmente na Universidade Nacional de Cingapura. Castro Neto foi o principal descobridor da conversão da eletricidade em magnetismo pelo grafeno, além de participar da equipe que demonstrou que o grafeno pode ligar e desligar o magnetismo.
Heteroestruturas
Castro Neto destaca o dissulfeto de molibdênio e o fosforeno, formado por folhas simples de fósforo e com propriedades semicondutoras. Outras equipes estão trabalhando também com estaneno, germaneno e siliceno. "Há também as heteroestruturas tridimensionais, cujo campo, ainda em sua infância, também será muito grande e com enorme valor econômico por causa do potencial de aplicações", disse o pesquisador.
Muitos desses novos materiais têm propriedades complementares e poderão ser empregados em conjunto com o grafeno, em um número de combinações teoricamente ilimitado. Por exemplo, recentemente se demonstrou que a junção de grafeno e molibdenita pode gerar tanto LEDs, quanto células solares.
"Esses novos materiais têm propriedades ópticas não triviais. Eles são finos e macios, como membranas, e não como os sólidos conhecidos. Sua maciez reflete em suas propriedades eletrônicas. Eles têm superfícies puras, sem irregularidades e suas propriedades eletrônicas podem ser modificadas pela aplicação de forças. Podemos esticá-los ou modificá-los quimicamente. Um dos grandes ganhos de quando se trabalha com esses materiais é a funcionalização química", destacou Castro Neto.
Dificuldades de engenharia
O pesquisador acrescentou que um dos grandes desafios da pesquisa com esses novos materiais bidimensionais é a dificuldade de produzi-los, seja em laboratório ou ainda mais em escala industrial.
"A esfoliação leva muito tempo. Estamos esperando que os engenheiros criem novas tecnologias capazes de manipular mecanicamente esses cristais bidimensionais. Acho que a robótica poderá ajudar muito nesse sentido", disse.
"A ciência da computação também terá um papel fundamental nessa exploração, sem dúvida alguma. Como estamos falando de materiais complexos, não podemos fazer modelamentos simples. Se não tivermos poder computacional, não saberemos o que está ocorrendo," concluiu Castro Neto.
Fonte: https://pt.wikipedia.org
http://www.inovacaotecnologica.com.br/