Que a indústria busca materiais que originem componentes cada vez mais leves, resistentes e compactos, isso não é novidade. A grande novidade dos últimos anos é que o grafeno é capaz disso tudo e muito mais, acompanhe aqui em nosso post.
E baseado nessa intenção que o grafeno tem sido estudado, por se tratar de um material leve, porém, extremamente resistente e flexível.
O Grafeno é um material composto por uma fina camada de grafite, e desde sua descoberta, tem empolgado os cientistas e a indústria tecnologia por suas infinitas possibilidades de uso
Embora tenha sido concebido de forma teórica em 1947, somente à partir da última década ele tem sido, de fato, considerado de forma mais apurada, trazendo consigo a promessa de transformar a tecnologia no futuro.
Mas o que é grafeno?
Simplificando para não deixar ninguém aqui com dor de cabeça, ele é uma fina camada de carbono puro; é uma camada única, bem embalada, de átomos de carbono que estão ligados em uma rede hexagonal tipo favo de mel.
Em termos mais complexos, é um alótropo de carbono na estrutura de um plano de átomos de carbono ligados a sp2 com um comprimento de molécula de 0,142 nanômetros. Camadas de carbono empilhadas uma sobre a outra, com um espaçamento interplanar de 0.335 nanômetros, forma o grafeno.
Dessa forma, ela se torna um material imensamente forte (acredita-se que até 200 vezes mais resistente do que o aço, inclusive), e ainda assim, extremamente leve e fino, o que leva os pesquisadores a crer, que se trata do material mais leve e resistente, que se tem conhecimento.
E o mais interessante para a indústria, é que apesar de todas essas características tão expressivas, a matéria prima do grafeno é extremamente barata.
Avanços na tecnologia
Buscando desenvolver produtos cada vez mais compactos, a indústria tem se dedicado para inovar em designs que levem mais praticidade aos consumidores. E essa é uma tendência mais evidente ainda em artefatos tecnológicos, conforme podemos observar a mudanças que vem ocorrendo ao longo dos últimos anos, nos modelos de computadores, notebooks, smartphones, até pen drives e fones de ouvido.
Podendo ser empregado nas mais diversas utilidades, ele tem sido considerado mais útil do que o plástico e até o silício (que é fortemente utilizado na fabricação de componentes eletrônicos), devido a toda sua utilidade em potencial.
Isso porque se trata de um material resistente, leve, transparente, flexível e ainda, um excelente condutor de eletricidade; o que permite que esse material possa ser empregado nos mais diversos componentes elétricos e eletrônicos.
Você já deve ter ouvido falar de aparelhos celulares flexíveis, ou seja, aparelhos que você pode dobrar sem que haja qualquer dano ao mesmo.
Essa é uma inovação proporcionada pelo grafeno, e a tendência é que todos os aparelhos celulares comecem a utiliza-lo como uma de suas principais matérias primas, devido a resistência que ele fornece aos aparelhos, além de todas as outras características que o tornam um material tão peculiar.
Miniaturização dos eletrônicos
Apesar dos chips já terem diminuído drasticamente nos últimos anos, as indústrias de chip pretendem apostar no grafeno para substituir o silício, e fabricar novas unidades, ainda menores e mais resistentes, do que os atuais.
Porém, a utilização do grafeno não se limita apenas aos dispositivos eletrônicos. Estima-se que ele trará impacto também em vários outros setores, como o automotivo, o naval e até mesmo o setor de aeronáutica (incluindo drones); sendo que sua apostaprincipal, é a produção de veículos bem mais leves e econômicos.
Este material inovador pode ser utilizado também na produção de painéis solares, pode ser empregado em mecanismos que sejam utilizados para desintoxicar água contaminada e para filtrar a água salgada dos oceanos (utilidades essas que apoiam o momento sustentável em que vivemos), além de transmitir sinal de rádio, e poder ser utilizado até na produção de camisinhas! Parece inacreditável? É tecnologia!
Isso sem falar nas famigeradas baterias que nos deixam na mão sempre que precisamos, pois bem, os pesquisadores da Samsung desenvolveram um processo industrial para produzir baterias com grafeno que se carregam de 0% a 100% em doze minutos! Imagine o impacto que isso trará para nossas vidas?
Outra utilização encontrada para o grafeno foi incorpora-lo em borracha para a produção de pneu de bicicleta que se adaptam para ao terreno e ao trajeto, nas retas se tornando mai firmes e nas curvas mais macio.
Falando em bicicleta, os quadros das bikes também estão ganhando um upgrade de grafeno fincando ainda mais leves e resistentes, chegando a pesar 350g!
Impacto no nossos dispositivos
Dessa forma, podemos esperar que muito em breve, tablets, smartphones e notebooks passem a priorizar a utilização desse material em suas fabricações.
Além de toda resistência e flexibilidade que ele oferece, há ainda a característica de condução elétrica, a qual tem sido estudada e testada para permitir que um aparelho preserve sua energia por muito mais tempo. Isso quer dizer, que talvez estejamos falando de não precisarmos mais recarregar a bateria do celular com tanta frequência, como é hoje em dia.
Grafeno nos cabelos?
Sim, já acharam uma utilidade para o grafeno no mundo da beleza! É sabido que excesso de tintura pode prejudicar os cabelos, no entanto o pesquisador Jiaxing Huang e sua equipe de especialistas publicaram recentemente que este material teria mais uma função, colorir os cabelos.
O Grafeno poderia funcionar como uma tintura de cabelo, sendo uma alternativa às opções químicas atuais no mercado. Além disso o produto teria propriedades anti-estáticas e antibacterianas.
De acordo com o publicado pelo pesquisador, o grafeno poderia ser usado para escurecer cabelos claros através de um processo que envolveria a pulverização do material, escovação e em seguida a secagem dos fios. Com este processo a coloração dura algo em torno de 30 lavagens.
Quem sabe esse produto ai também não vai servir para pintar a barba sem ficar coçando.
A descoberta do grafeno
O grafeno é formado por uma estrutura hexagonal de átomos de carbono, que visualmente se parece com um favo de mel.
O grande fascínio sobre esse material se deve às suas propriedades físicas notáveis e às potenciais aplicações que ele oferece para o futuro.
Embora os cientistas já conhecessem o material, ninguém havia o extraído do grafite, até que em 2004 os pesquisadores Prof. Andre Geim e o Prof. Konstantin Novoselov realizaram esse trabalho e ganharam o Prêmio Nobel de Física por esse feito.
Atualmente, mais de 200 projetos na Universidade de Manchester estudam o Grafeno, e espera-se que em breve essas características fascinantes possam ser aplicadas no nosso dia-a-dia.
Grafeno no Brasil
Além disso, o Brasil possui a maior reserva de carbono do mundo, o que nos leva a pensar que teoricamente, há um grande potencial de produção de grafeno no Brasil. Isso abre margem, para diversas discussões sobre o potencial produtivo desse novo material, nas indústrias brasileiras.
A Universidade Presbiteriana Mackenzie, de São Paulo, já investiu cerca de R$ 20 milhões para ser pioneira em abrir um centro de pesquisas específico para o grafeno.
No entanto, apesar de ser o primeiro laboratório que pesquisa grafeno no País, e estar em alta no mercado tecnológico, ainda não há previsão para a inauguração desse laboratório, denominado MackGrafe (Centro de Pesquisas Avançadas em Grafeno, Nanomateriais e Nanotecnologia)
Inaugurado em março de 2016 no campus da Universidade Presbiteriana Makenzie, o primeiro Centro de Pesquisas Avançadas em Grafeno da América Latina tem como objetivo investigar as propriedades do material em aplicações práticas. A instituição de ensino investiu R$ 20 milhões na construção do prédio e na contratação de cientistas. Localizado no bairro de Higienópolis, o MackGraphe, como é denominado, tem área superior a 4 mil m² com laboratórios onde trabalham 15 pesquisadores envolvidos nos projetos de pesquisa de grafeno e materiais bidimensionais.
Qual o preço do grafeno
Todos concordam que o grafeno é um material incrível. Ele possui melhor mobilidade eletrônica que qualquer metal, é um átomo estável, é flexível e tudo isso, sendo mais forte que o aço.
Sabendo o que é grafeno, agora você pode entender porque milhares de patentes estão sendo criadas todos os anos, para invenções que vão desde pneus de grafeno a celulares flexíveis.
O que é mais difícil de prever, no entanto, é quando e como o grafeno irá chegar ao mercado em grandes quantidades. O principal limitante é o preço do grafeno, que hoje no mercado internacional, varia na faixa de $100.00 a $500.00 a grama, dependendo do processo de produção, qualidade e pureza do mesmo.
A qualidade define o preço
O preço do grafeno está ligado à sua qualidade, e nem todas as aplicações exigem material de excelente qualidade.
O grafeno obtido por “esfoliação mecânica” vem em pequenos flocos de altíssima qualidade. O grafenoesfoliado demonstrou até agora manter as melhores propriedades físicas, alcançando a condição teoricamente prevista, a resistência mecânica, etc.
No entanto, a produção é apenas na ordem de alguns pequenos flocos por centímetro quadrado, o que não é o suficiente para muitas aplicações. Além disso, o preço desse grafeno pode ser da ordem de vários milhares de dólares por floco.
O grafeno produzido pelo processo CVD, oferece qualidade suficiente para quase qualquer aplicação de grafeno. O preço do grafeno CVD está ligado ao volume de produção e aos custos de transferência do substrato de cobre, em que é cultivado. A tecnologia de grafeno em escala industrial por esse processo, abaixa o custo de grafeno CVD para encomendas em massa.
A produção em massa desse grafeno, pode ser mais barata do que, por exemplo, o carboneto de silício, um semicondutor importante já usado rotineiramente na indústria.
Aplicação do grafeno na dessalinização
A filtração em geral e mais especificamente a dessalinização, está sendo transformada por folhas finas de grafeno, esse material fantástico inventado em 2004 na Universidade de Manchester. Rahul Raveendran Nair, professor de física de materiais da universidade, diz que o grafeno tem o potencial de fornecer grandes quantidades de água limpa por meio da dessalinização e remoção de poluentes.
Em abril de 2017, o Prof Nair demonstrou que uma membrana multicamadas feita de óxido de grafenopode filtrar o cloreto de sódio na água do mar de forma muito mais rápida e limpa do que as técnicas existentes.
“O filtro de grafeno é como uma malha ou peneira com furos tão pequenos que as moléculas de sal (cloreto de sódio) não podem passar”, diz o professor Nair. Os filtros foram recentemente mostrados para serem capazes de filtrar até mesmo as moléculas de corante do uísque, tornando o líquido incolor
Características do grafeno
Até agora foi descoberto alguns pontos bem interessantes sobre o grafeno e suas características que o torna revolucionário, veja alguns deles.
Condutividade
É o material mais condutivo do mundo, uma das características que promete mudar a indústria tecnológica é a alta condutividade do grafeno.
Os elétrons se movem através do grafeno com praticamente nenhuma resistência e aparentemente sem massa. Isso faz com ele transporte eletricidade de forma mais rápida, eficiente e precisa do que qualquer outro material.
Já imaginou como isso pode ser aplicado em smartphones, por exemplo? A Universidade da Califórnia já provou que é possível criar celulares que carregam em apenas 5 segundos, e baterias que podem durar uma semana inteira.
Espessura
O material mais fino da terra, é só 1 milhão de vezes mais fino que o fio de cabelo humano, de acordo com a Universidade Rive, no Texas, mesmo sendo o material mais fino que existe, com apenas um átomo de espessura, ele continua sendo visível.
O grafeno é incrivelmente transparente, absorvendo apenas 2,3% da luz, porém, se você o colocar em cima de uma folha de papel, você será capaz de vê-lo.
Força
O grafeno é 200 vezes mais forte que o aço, apesar de ser fino e leve, o grafeno é um material extremamente forte, sendo o elemento mais rígido que já se conheceu, superando até mesmo o diamante.
Para se ter uma ideia, uma folha de grafeno de 1 metro quadrado pesa apenas 0,0077 gramas, porém, é capaz de suportar o peso de até 4 kg.
Além disso já ha pesquisadores agregando o grafeno ao concreto, produzindo um material mais leve, resistente e com alto desempenho termoacústico.
Maleabilidade
Além de ser transparente, flexível e impermeável, mesmo sendo muito rígido, o grafeno é um material com grande elasticidade, se esticando até 25% a mais do seu comprimento.
Segundo o Dr. Ponomarenko, um dos pesquisadores desse material, o grafeno também é o material mais impermeável já descoberto, e mesmo os átomos de hélio não podem passar por ele.
Bidimensional
O primeiro material 2D que conhecemos no mundo, abrindo as portas para novos campos experimentais. As características do grafeno são muito diferentes do grafite, que é a versão tridimensional do carbono. E estudar o grafeno nos ajuda a prever como outros materiais podem se comportar de forma bidimensional.
Porém, o mais curioso foi a forma como chegaram nesse material bidimensional. Esse elemento foi isolado utilizando um rolo de fita adesiva, um pedaço de grafite puro e um transistor feito de grafeno.
Eles usaram a fita para descascar o grafite puro, retirando várias camadas dele, até que conseguiram chegar à apenas um átomo de espessura.
Os materiais utilizados neste experimento estão expostos em Estocolmo, no Museu Nobel, e foram doados pelo próprio pesquisador Andre Geim (que tem seu nome na fita) e seu colaborador Konstantin Novoselov.
