Grafeno: o que é? o que o faz ser tão cobiçado?

Em 1994, meu primeiro vestibular foi na Ufrgs, para o primeiro ano do curso de engenharia de materiais, desde aquela época, não me conformava com a clássica tabela periódica que estudávamos na época. Talvez fossem poucos materiais para um mundo tão grande e cheio de possibilidades. Mas cabia ao homem: “Brincar um pouco de Deus, com a própria inteligência que lhe foi dada para que surgissem, novas formas de materiais e ligas e novos derivados dos materiais já existentes. E não é que nos últimos tempos, seja por muita pesquisa ou até por vezes acidentalmente, que o homem acaba sempre fazendo algumas descobertas muito interessantes!

Eis que Andre Geim e Konstantin Novoselov frequentemente realizavam ‘experimentos às sexta à noite’ – sessões em que eles experimentavam ciência experimental que não estava necessariamente ligada a seus empregos diurnos.

Numa sexta-feira, os dois cientistas removeram alguns flocos de um pedaço de grafite com fita adesiva. Eles notaram que alguns flocos eram mais finos do que outros. Separando os fragmentos de grafite repetidamente, eles conseguiram criar flocos com apenas um átomo de espessura. O experimento deles levou ao isolamento do grafeno pela primeira vez.

O “Graphene” ou grafeno trata-se do material mais leve, mais forte, mais fino e melhor condutor de calor – e eletricidade já descoberto. E se acreditarmos no “hype”, ele promete revolucionar tudo, desde a computação até pneus de carro e células solares, baterias de carros elétricos e de celulares materiais esportivos, e aplicações das mais diversas na indústria e na eletrônica

Em dezembro de 2020,Com o lançamento da Semana Nobel os pesquisadores, Andre Geim e Konstantin Novoselov se encontraram novamente para refletir como foi a conquista e descoberta do grafeno, que na época que receberam o Prêmio Nobel de Física.

Em suas próprias palavras, esses dois físicos brilhantes descrevem como sua abordagem inovadora ‘falhe rápido, aprenda rápido’ para a experimentação levou a uma das descobertas mais importantes na ciência moderna, como a pesquisa do grafeno continua a desafiar as teorias estabelecidas na física e como, na aplicação formas, materiais 2D estão agora em um ponto de inflexão na comercialização de produtos.

O que é esse material estranho ainda e notável ao mesmo tempo? Vamos olhar mais de perto!

O grafeno é uma única camada de grafite. Sua estrutura sólida e cristalina é 2D, bidimensional, ‘camadas únicas de átomos até alguns poucos nanômetros, . Para se ter uma ideia do que isso significa, são necessárias 3 milhões de camadas para termos um único milímetro de grafeno.

• Filtrar água, a universidade inglesa de Manchester, mostrou que o grafeno é impermeável a tudo, exceto uma coisa: água – o que pode ajudá-lo a filtrá-la.
• Embalar alimentos, a universidade de Xangai. Feito à base de grafeno, ele só é permeável à água e inibe o crescimento de micro-organismos.
• Transmitir FM, na universidade americana de Columbia, engenheiros usaram o grafeno para desenvolver o menor transmissor de frequência modulada (FM) de que se tem notícia.
• Tirar fotos, cientistas da Nanyang Technological University, em Singapura, usaram a sensibilidade à luz do grafeno para criar um sensor para câmeras 10 vezes melhor que os atuais.
• Reparar aviões, no futuro, compósitos plásticos feitos a partir de grafeno podem ser úteis para reparar danos em carros e aviões – em função da resistência e leveza deste material. Quem afirma é a universidade de Manchester.
• Ouvir bem música, em função da baixa densidade e da enorme resistência, o grafeno pode ser usado na confecção de fones de ouvido capazes de reproduzir o som com altíssima qualidade. Foi o que apontou um estudo desenvolvido pela Universidade da Califórnia.
• Reforçar smartphones, a Nokia ganhou em janeiro um prêmio de 1,3 bilhão de dólares para desenvolver pesquisas com grafeno. Espera-se que a empresa use o material no acabamento de smartphones.
• Recarregar baterias rapidamente, Ricarhd Kaner, pesquisador da Universidade da Califórnia, desenvolveu a partir do grafeno baterias para smartphones e notebooks que são inteiramente recarregadas em cinco e 10 segundos, respectivamente. Existem empresas que estão seguindo o mesmo para as baterias dos carros elétricos.
• Aumentar duração de carga, baterias de lítio com eletrodos de grafeno armazenam dez vezes mais carga do que o normal. A constatação é de pesquisadores americanos da Northwestern University.
• Turbinar a internet, Interruptores ópticos feitos a partir de grafeno aumentaram em 100 vezes a velocidade da transmissão de dados em experimentos nas universidades inglesas de Bath e Exeter.
• Captar energia, na Universidade da Flórida, pesquisadores usaram o grafeno para confeccionar um painel que capta energia solar. Experiências do tipo também alcançaram sucesso em Oxford.
• Detectar vazamentos de gás, a capacidade de armazenar amônia e outros gases torna o grafeno útil na detecção de vazamentos. A utilidade foi descoberta por pesquisadores de China e EUA em parceria.
• Estender vida útil, estudo da Chalmers University of Technology, na Suécia, revelou que aplicar uma camada de grafeno esfria e, por isso, estende a vida útil de componentes eletrônicos.
• Criar espelhos inteligentes, circuitos invisíveis podem ser feitos de grafeno, que é transparente e bom condutor. Na Universidade de Exeter, foi criado um material baseado nisso para espelhos inteligentes.
• Transferir dados, pesquisadores da universidade americana Georgia Tech estão desenvolvendo uma antena de grafeno capaz de transferir um terabyte de dados em apenas um segundo.
• Acelerar chips, a IBM está usando grafeno e silício combinados para desenvolver um novo tipo de chip mais potente, que deve chegar ao mercado em breve.
• Melhorar a visão, engenheiros da Universidade do Michigan usaram o grafeno para desenvolver lentes ultra-finas capazes de capturar imagens em infravermelho – revelando assim áreas de calor em ambientes comuns.
• Isolar tumores, em testes realizados com células animais na Polônia, o grafeno apresentou bons resultados no combate ao glioma (tipo de tumor que aparece no cérebro e na espinha). Ao formar uma rede em torno da célula doente, o grafeno cortava seu suprimento de oxigênio e nutrientes – terminando por levá-la à morte.
• Desenvolver próteses neurais, Lucas Hess e uma equipe de pesquisadores da Technische Universität München desenvolveram na Alemanha implantes neurais feitos a partir de grafeno
• Trocar células da retina, células da retina foram substituídas por tecido feito a partir de grafeno em testes realizados por pesquisadores alemães da Technical University of Munich.
• Sequenciar DNA, usando água, eletricidade, DNA e grafeno, pesquisadores da universidade de Harvard e do MIT desenvolveram um novo método para sequenciar o material genético.