O que é grafeno?

Ao longo da história humana, muitos materiais foram utilizados para a construção de ferramentas, armas e estruturas para moradia, entre outras coisas. Um dos materiais mais utilizados desde a antiguidade é a madeira, por suas características de força, facilidade de transformação em formas variadas e pela relativa abundância.

Mas a madeira não atende a todas as necessidades. Ela é suscetível ao fogo e a umidade, e é proporcionalmente mais frágil quando comparada com outros materiais que começaram a ser usados em algumas cidades, também na antiguidade. Estes materiais eram os metais, começando com o bronze e chegando até o aço, num processo que levou vários séculos para ser concluído.

Na era moderna uma grande parte do espaço que pertencia ao metal é agora ocupado pelos plásticos. Eles são encontrados numa grande variedade de tipos, são baratos e podem ser facilmente moldados nas mais diversas formas. E apesar de toda essa versatilidade do plástico, a questão é que a humanidade nunca está totalmente satisfeita com um material e a busca por algo novo continua, até mesmo porque novas necessidades surgem conforme a tecnologia avança.

E em função dessa busca incessante é que foi descoberto o grafeno, um material que reúne propriedades únicas e que promete revolucionar a indústria de manufatura em um futuro próximo. Mas o que é esse material?

O grafeno

O grafeno é uma forma bidimensional (2D) do material grafite, composto por uma camada monolítica de átomos de carbono dispostos em uma estrutura hexagonal. É considerado um material de alta condutividade térmica e elétrica, além de ser extremamente forte e flexível. O grafeno tem potencial para ser usado em várias aplicações tecnológicas, incluindo dispositivos eletrônicos, baterias, sensores, filtros, entre outros.

Sem dúvida essa é uma explicação bem técnica e pouca clara para muitas pessoas, então vamos tentar compreender cada parte dessa afirmação, começando pelo grafite.

O que é o grafite?

O grafite é uma forma sólida de carbono, conhecido por suas propriedades condutoras e usos em uma ampla gama de aplicações industriais. Diferentemente do grafeno, que é uma camada extremamente fina de átomos de carbono, o grafite é tridimensional, formado por camadas superpostas de átomos de carbono.

O grafite é encontrado em minas de carvão e é comumente conhecido como lápis grafite, utilizado na escrita e desenho. Além disso, ele é usado em muitos outros setores, incluindo lubrificantes, baterias, eletrodos e revestimentos, devido à sua alta condutividade elétrica e baixa resistência térmica.

A alta condutividade elétrica do grafite significa que ele é ideal para aplicações em eletrônica. Por exemplo, ele é usado como material de revestimento para eletrodos em baterias recarregáveis, ajudando a garantir uma boa transferência de carga. Além disso, o grafite é usado como material de revestimento em componentes de alta temperatura para dissipar o calor de forma eficiente.

O grafite também é usado em lubrificantes, graças a sua capacidade de reduzir o atrito entre superfícies em movimento. Isso significa que ele é amplamente utilizado em aplicações como rolamentos, bombas, válvulas e outros componentes que precisam deslizar com facilidade.

Além dessas aplicações, o grafite tem sido estudado como um material potencial para a produção de novas tecnologias, incluindo dispositivos de armazenamento de energia, baterias de íons de lítio, painéis solares e muito mais.

Ou seja, a forma mais simples e conhecida de grafite é o lápis de escrever que todos conhecemos, muito embora ali exista uma mistura de grafite com materiais adesivos para formar uma barra útil à escrita.

Pudemos ver também que o grafite é extraído diretamente da natureza, através da exploração de minas de carvão. Mas também é possível produzir grafite por meio de processos industriais. O grafite artificial é feito por processos sintéticos que imitam a estrutura tridimensional do grafite natural. Ele é produzido a partir de materiais de carbono, como carvão, polímeros ou outras fontes de carbono. O processo de produção pode incluir aquecimento a altas temperaturas, pressão e outros tratamentos para controlar a cristalização e a orientação dos átomos de carbono. O grafite artificial tem propriedades semelhantes ao grafite natural, incluindo alta condutividade elétrica e baixa resistência térmica. Além disso, ele pode ser produzido em formas e tamanhos específicos para atender às necessidades de determinadas aplicações.

Então, a partir dessas informações, já podemos concluir que o grafeno não é extraído da natureza, mas sim criado por meio de processos industriais, assim como é feito com o grafite artificial. E como seria isso?

Como é fabricado o grafeno?

Existem vários métodos para produzir grafeno, mas os métodos mais comuns incluem:

1 - Desidratação de intercalados de grafite: Este método envolve intercalar compostos químicos entre as camadas de grafite e, em seguida, retirar esses compostos por desidratação. O resultado é uma única camada de grafeno.

2 - Evaporação de carbono: Este método envolve a evaporação de carbono a altas temperaturas, seguida pela condensação dos vapores sobre um substrato. Isso resulta em uma única camada de grafeno.

3 - Líquido intercalado: Este método envolve a imersão de grafite em um líquido intercalante, como cloreto de amônio. O líquido é depois removido, deixando atrás uma única camada de grafeno.

4 - Esfoliação sônica: Este método envolve a aplicação de ondas sonoras para descascar camadas de grafite, resultando em uma única camada de grafeno.

Novamente há uma série de termos técnicos e explicações complexas aqui, e não há como fugir disso. O Grafeno é uma tecnologia muito avançada que vem sendo estudada em diversos laboratórios ao redor do mundo. Ele tem muitas aplicações possíveis, pode substituir diversos materiais, mas o principal impedimento para isso é justamente o processo de produção complexo, que não é viável para a sua produção em larga escala. Ao menos não por enquanto.

O que esperar do grafeno no futuro?

O grafeno é considerado uma das substâncias mais promissoras da nanotecnologia devido a suas propriedades únicas, como a condutividade elétrica e térmica elevadas, a resistência mecânica e a superfície larga. No futuro, é esperado que o grafeno seja utilizado em uma ampla variedade de aplicações, incluindo baterias de alta capacidade, sensores, dispositivos de armazenamento de dados, telas sensíveis ao toque, dispositivos de filtragem de água, material compósito reforçado, entre outros. No entanto, ainda há muitos desafios a serem superados antes que o grafeno possa ser largamente utilizado em aplicações comerciais.

Muitos grupos de pesquisa em todo o mundo estão investigando as propriedades e possíveis aplicações deste material. Alguns dos principais centros de pesquisa incluem instituições como a Universidade de Manchester (Reino Unido), onde o grafeno foi descoberto, o Instituto de Tecnologia de Massachusetts (EUA), a Universidade Tsinghua (China) e a Universidade de Cambridge (Reino Unido). Além disso, muitas empresas de tecnologia também estão investindo pesadamente em pesquisas sobre grafeno, como é o caso da Samsung, IBM, Nokia e a Graphenea.

Curiosidade

O grafeno é feito de carbono, assim como o grafite. O corpo humano também é constituído, em grande, por moléculas de carbono, e o mesmo ocorre com o diamante, o material mais duro que existe. O carbono é realmente um elemento muito versátil e que precisa ser amplamente estudado para que novas aplicações sejam encontradas.