Grafeno: onde está agora?

O que um par de fones de ouvido, uma raquete de tênis e um supercarro têm em comum? A resposta que a maioria daria é um confuso “não muito?”. No entanto, com a implantação do Grafeno em dispositivos e tecnologia utilizáveis, agora você pode colocar as mãos em variedades contendo grafeno de todos os três.

O que é grafeno?

Descoberto há 14 anos, depois de décadas sendo nada mais do que teoria, o grafeno teve um período de tempo relativamente curto para se estabelecer como um material viável que pode ser utilizado em toda a indústria global. Somos informados rotineiramente de suas incríveis propriedades – ultraleve, atomicamente fino, flexível, transparente, mais condutor que o cobre e 200 vezes mais forte que o aço – e os cientistas há muito ficaram sem superlativos. Mas o grafeno realmente fez jus ao hype?

O grafeno é um alótropo de carbono, muito parecido com um diamante, com átomos dispostos em uma rede hexagonal de favo de mel, formando folhas planares com apenas um único átomo de espessura. Camadas disso empilhadas umas sobre as outras formam uma forma muito mais reconhecível de carbono – grafite – também conhecida como mina de lápis.

Propriedades do grafeno

O carbono não é metálico, então você seria perdoado por esperar que o grafeno fosse o mesmo. Na verdade, ele “comporta-se” geralmente muito mais como um metal, que levou os comentaristas a descrevê-lo como um semimetal ou semicondutor. Devido à sua infinidade de propriedades extraordinárias, é capaz de descrever o grafeno como um material único, pelo menos por enquanto.

Força e elasticidade

O grafeno pode ser esticado até 25% de seu comprimento original sem quebrar e retornará ao seu comprimento original – pense em um elástico. Os planos planos dos átomos podem flexionar com relativa facilidade sem quebrar. De fato, acredita-se que o grafeno seja o material mais forte descoberto.

200x mais forte que o aço

Essa propriedade torna o grafeno particularmente útil em compósitos com plásticos para formar materiais mais fortes, resistentes e leves para navios, aviões e carros, bem como telas flexíveis.

Peso

Sendo atomicamente fino, o grafeno é incrivelmente leve em relação à área de superfície que apresenta – você pode cobrir um campo de futebol inteiro com menos de um grama. Essa natureza leve é ​​particularmente útil no design de materiais.

Calor e condutividade elétrica

O grafeno é um condutor de calor muito melhor do que exemplos típicos, como prata ou cobre. A rede hexagonal plana oferece pouca resistência aos elétrons. Assim, os elétrons no grafeno têm um caminho livre médio mais longo do que em qualquer outro material. Isso permite que o grafeno conduza eletricidade de forma soberba, pois os elétrons se movem pelo material a velocidades próximas à velocidade da luz. Isso concede um enorme potencial na fabricação de dispositivos, incluindo baterias, telas sensíveis ao toque, processadores de computador, transistores e telecomunicações.

Óptico

Com muito poucos átomos para penetrar, o grafeno é quase completamente transparente. Ele transmite cerca de 98% da luz branca (comparado com aprox. 80% para um painel de vidro de janela) – mais uma razão para o grafeno ser incorporado nas telas sensíveis ao toque. 

Impermeabilidade

A estrutura do grafeno significa que ele pode atuar como uma rede atômica ultrafina, potencialmente retendo gases como hidrogênio ou dióxido de carbono para armazenamento.

Barreiras à implementação

O grafeno é um material incrível. As combinações de suas propriedades significam que ele tem um potencial genuíno para ser um material útil em muitas aplicações diversas, além de representar um grande passo à frente na pesquisa da ciência dos materiais. Então, por que não está em tudo, em todos os lugares?

Síntese

No momento, os métodos sintéticos para a criação de grafeno podem criar quantidades relativamente grandes em baixa qualidade (ou seja, grandes defeitos, multicamadas, tamanho lateral pequeno) através da delaminação em massa do grafite; ou pequenas quantidades em alta qualidade, através de deposição química de vapor (que não é aplicável industrialmente).

Custo

Grafeno de alta qualidade é incrivelmente caro. O grafeno de baixa qualidade pode ser fornecido em quantidades grandes o suficiente para que a pesquisa de materiais continue, e as empresas fizeram muitos produtos incorporando grafeno em materiais compósitos.

No entanto, grafeno de alta qualidade é necessário para a eletrônica e, embora tenham sido feitas demonstrações de dispositivos potenciais, no momento o uso de grafeno é muito caro.

Panorama

Embora seja um material incrível por si só, os usos mais promissores do grafeno, pelo menos no curto prazo, vêm do uso em materiais compósitos.

Grande parte da pesquisa sobre o grafeno ainda é “céu azul”, e pode levar várias décadas até que se torne econômico e prático incluir o grafeno em nossa vida cotidiana – mas não o descarte ainda. Sua descoberta foi há pouco mais de 10 anos, e já é possível comprar produtos de consumo com grafeno.

Então, embora isso pareça lento em nossas expectativas, está realmente demorando tanto quanto alguns pensam?

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