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O que é grafeno e qual seu papel na tecnologia?

Saiba o que é grafeno; conheça também as propriedades desse material que pode ser essencial no futuro da tecnologia

Wagner Pedro Por

Há alguns anos, pesquisadores descobriram um novo material que tem um potencial gigantesco: o grafeno. Sua resistência e flexibilidade vem chamando a atenção da indústria e diversos estudos já estão sendo feitos para desenvolver produtos baseados nesse componente. Abaixo, vou te explicar o que é grafeno e qual seu papel na tecnologia.

O grafeno é um material flexível, transparente, condutor e extremamente resistente, sendo mais de 100 vezes mais forte que o aço. Ele pode ser usado em diversos setores da indústria e vem sendo considerado o futuro da tecnologia, com aplicações na área de semicondutores, celulas soláres e muito mais.
Resistência e flexibilidade são as principais características do grafeno (Imagem: Vitor Pádua/Tecnoblog)

O grafeno é basicamente uma única camada fina de grafite. O grafite é um alótropo do carbono, então ambos possuem os mesmos átomos. No entanto, eles estão dispostos de uma maneira diferente, fazendo com que o material tenha propriedades diferentes.

Por exemplo, o diamante e o grafite são formas de carbono, mas com naturezas distintas, já que os diamantes são fortes e resistentes, enquanto que o grafite é quebradiço. Por outro lado, os átomos do grafeno entregam um arranjo hexagonal, garantindo outras propriedades.

Estrutura molecular do grafeno (Imagem: Seagul/Pixabay)
Estrutura molecular do grafeno (Imagem: Seagul/Pixabay)

Assim que o grafeno é isolado do grafite, ele assume algumas características interessantes. Com apenas um átomo de espessura, sendo o primeiro material bidimensional já descoberto, o grafeno também é um dos mais fortes do mundo, oferecendo uma resistência à tração de 130 GPa (gigapascals) — mais de 100 vezes mais forte que o aço.

Além da força surpreendente, esse material também é flexível, transparente, altamente condutivo e, aparentemente, impermeável à maioria dos gases e líquidos existentes. Ou seja, olhando as propriedades do grafeno, é quase como se ele saísse de um filme de super-heróis.

Possíveis aplicações do grafeno na tecnologia

Levando em consideração suas propriedades “milagrosas”, o grafeno tem feito cientistas e pesquisadores trabalharem bastante para criar ideias de uso em diversos setores da tecnologia.

Eletrônica flexível

Placa de silício (Imagem: Chris Ried/Unsplash)
Placa de silício (Imagem: Chris Ried/Unsplash)

O grafeno é transparente e altamente flexível. Isso significa que ele pode ser usado em diversos aparelhos eletrônicos. Com a aplicação desse material, smartphones e tablets podem se tornar muito mais duráveis, enquanto que a categoria de celulares dobráveis pode entrar em outro nível de desenvolvimento.

Com o grafeno, smartwatches poderiam se tornar ainda mais úteis e confortáveis, sendo projetados para se encaixar perfeitamente no pulso do usuário e até se dobrar para acomodar várias formas de exercício.

Células solares

Células solares (Imagem: Angie Warren/Unsplash)
Células solares (Imagem: Angie Warren/Unsplash)

O grafeno também é um ótimo condutor de energia. Portanto, ele tem um grande potencial em células solares. Normalmente, essas células usam silício, que produz uma carga elétrica quando um fóton atinge o material, liberando assim um elétron. No entanto, esse processo não é muito eficaz, já que apenas um elétron por fóton é liberado.

Felizmente, pesquisas mostraram que o grafeno pode liberar vários elétrons para cada fóton que o atinge. Com isso, ele poderia ser mais útil na conversão de energia solar. Em pouco tempo, células feitas de grafeno seriam mais baratas e poderosas, resultando em um grande aumento de energia renovável.

Semicondutores

Semicondutor (Imagem: Jeremy Bezanger/Unsplash)
Semicondutor (Imagem: Jeremy Bezanger/Unsplash)

A alta condutividade do grafeno também pode ser usada em semicondutores, aumentando a velocidade com que as informações “viajam” entre os componentes. Testes revelaram que polímeros semicondutores conduzem a eletricidade muito mais rápido quando colocados sobre uma camada de grafeno do que uma feita de silício.

A condutividade é superior até mesmo se o polímero for mais espesso. Um de 50 nanômetros, por exemplo, quando colocado em uma camada de grafeno, conduziu uma carga melhor do que um de 10 nanômetros. Ou seja, esse material derruba aquela ideia de que, quanto mais fino um polímero, melhor ele pode conduzir energia.

Filtração da água

Oceano (Imagem: YUCAR FotoGrafik/Unsplash)
Oceano (Imagem: YUCAR FotoGrafik/Unsplash)

As ligações atômicas do grafeno fazem com que ele seja impermeável a quase todos os gases e líquidos, mas as moléculas de água são uma exceção. Considerando que a água evapora, enquanto que a maioria dos outros líquidos não, o grafeno pode ser uma ferramenta excelente para filtração.

Pesquisadores da Universidade de Manchester testaram a permeabilidade do grafeno com álcool. Os testes concluíram que o material pode destilar amostras muito fortes de bebidas alcoólicas, já que apenas a água foi capaz de passar pelo filtro de grafeno.

A capacidade de filtração desse material também pode ser útil na purificação de toxinas da água. Pesquisas mostraram que o grafeno oxidado consegue filtrar até materiais radioativos, como urânio e plutônio, deixando o líquido livre de contaminantes. Isso significa que riscos ambientais poderiam ser eliminados de vez das fontes de água.

Por que o grafeno ainda não é usado?

Fica bem claro que o grafeno tem propriedades incríveis, mas existe um motivo dele não ter sido amplamente adotado pela indústria. Esse material ainda é extremamente caro para se produzir em grandes quantidades. Portanto, seu uso em qualquer dispositivo/produto que necessite de uma produção em massa é muito difícil e inviável.

Além disso, quando grandes folhas de grafeno são produzidas, existe um alto risco de pequenas fissuras e outras falhas aparecerem no material, tornando suas propriedades ineficazes e, consequentemente, resultando em uma perda significativa de dinheiro.

Felizmente, as pesquisas envolvendo o grafeno não param. Laboratórios em todo o mundo estão registrando patentes para novos métodos de criação e uso do material. A União Europeia, por exemplo, financia um programa de pesquisa para uso na eletrônica, enquanto que as maiores empresas de tecnologia do mundo, incluindo a Samsung, já estão conduzindo estudos semelhantes.

Ainda assim, é importante lembrar que o silício levou quase um século para entrar na indústria e aparecer nos computadores. Apesar do grafeno ser superior, só o tempo dirá se ele ganhará um espaço no mercado.

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