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O que é grafeno?

Você sabe o que é grafeno? Trata-se de uma camada de átomo de carbono disposta contida em alguma rede hexagonal. Vamos conhecer um pouco mais sobre esse material!

Propriedades do grafeno

O que é grafeno? É uma camada fina, a mais fina descoberta pelo homem, com apenas um átomo de espessura, além de ser muito resistente, para se ter ideia chega a ser 200 mais resistente que um cabo de aço.  

Além disso, o grafeno é um excelente condutor de calor e eletricidade e tem interessantes habilidades de absorção de luz. É realmente um material que poderia mudar o mundo, com potencial ilimitado de integração em quase qualquer indústria.

Entre as propriedades notáveis do grafeno estão os comportamentos mecânicos, térmicos, elétricos e ópticos únicos. Observe que a maioria dessas características se relacionam com folhas de grafeno perfeitas e intocadas. 

O que é grafeno enquanto defeitos? Defeitos no grafeno (alguns dos quais decorrem dos processos de produção ou de pontos de conexão de vários flocos de grafeno menores “costurados juntos”, por exemplo) podem tornar o grafeno mais fraco e com propriedades bem diferentes. 

Eles, no entanto, podem realmente trazer novas e diferentes propriedades que tornam o grafeno mais adequado para determinadas aplicações!

O que é grafeno e suas propriedades físicas/mecânicas

O que é grafeno? É um dos materiais mais finos do mundo — ele tem apenas um átomo de carbono de espessura (cerca de 0,34 nm). Ele também é reconhecido como o material 2D mais resistente — muito mais resistente do que o aço ou o diamante das mesmas dimensões. 

Tem uma resistência à tração (o estresse máximo que um material pode suportar enquanto é esticado ou puxado antes de falhar ou quebrar) de mais de 1 Tpa. 

Há apenas um material que pode ser mais forte que o grafeno – a carbyne, que é uma cadeia de átomos de carbono, basicamente uma fita de grafeno de um átomo de largura. O carbyne é muito difícil de sintetizar, no entanto.

O grafeno é leve — pesa apenas 0,77 miligramas por metro quadrado. Por ser uma única folha 2D, possui a área de superfície mais alta de todos os materiais. 

Quando deixados para si mesmos, as folhas de grafeno se empilham e formam grafite, que é a forma 3D mais estável de carbono em condições normais.

As folhas de grafeno são flexíveis e, de fato, o grafeno é o cristal mais elástico — você pode esticá-lo até 20% do seu tamanho inicial sem quebrá-lo. Finalmente, o grafeno perfeito também é altamente impermeável, e mesmo os átomos de hélio não podem passar por ele.

Condutividade térmica

O que é grafeno? O grafeno é o condutor térmico perfeito – possui condutividade térmica recorde, maior que o de nanotubos de carbono, grafite e diamante (mais de 5.000 W/m/K). O grafeno conduz o calor em todas as direções – é um condutor isotrópico.

Propriedades ópticas

O grafeno é extremamente fino, mas ainda é um material visível, pois absorve cerca de 2,3% da luz branca (o que é bastante para um material 2D). Combine isso com as incríveis propriedades eletrônicas dele, assim o grafeno pode teoricamente ser usado para fazer células solares muito eficientes.

Além disso, absorver 2,3% da luz visível ainda torna o grafeno muito transparente ao olho humano, que pode ter vários usos; ele pode ser usado para fazer condutores transparentes, por exemplo.

Propriedades químicas

Embora todos os átomos do grafeno estejam expostos ao ambiente, ele é um material inerte e não reage prontamente com outros átomos. O grafeno pode, no entanto, “absorver” diferentes átomos e moléculas. Isso pode levar a alterações nas propriedades eletrônicas, e também pode ser usado para fazer sensores ou outras aplicações.

O grafeno também pode ser funcionalizado por vários grupos químicos, o que pode resultar em diferentes materiais como óxido de grafeno (funcionalizado com oxigênio e hélio) ou grafeno fluorado (funcionalizado com flúor).

Propriedades eletrônicas

O que é grafeno? O grafeno tem densidade de corrente elétrica extremamente alta (um milhão de vezes a do cobre) e mobilidade intrínseca (100 vezes maior que a do silício). 

O grafeno tem uma resistência menor do que qualquer outro material conhecido à temperatura ambiente, incluindo a prata. Existem também alguns métodos para o transformar em um super condutor (ele pode transportar eletricidade com 100% de eficiência).

Pesquisadores de todo o mundo continuam constantemente investigando e patenteando o grafeno para aprender suas diversas propriedades e possíveis aplicações, que incluem:

  • Antenas
  • Transistores
  • Geração de energia
  • Supercapacitores
  • Filtros de água
  • Chips de computador
  • Baterias
  • Sequenciamento de DNA
  • Telas sensíveis ao toque (para telas LCD ou OLED)
  • Células solares
  • Produtos relacionados à Spintronics

O grafeno é um material emocionante que está recebendo muita atenção – especialmente desde que o Prêmio Nobel de Física de 2010 foi para Andre Geim e Konstantin Novoselov, que fizeram o isolamento, pela primeira vez, do grafeno em 2004. 

Produtos de grafeno

Várias empresas oferecem produtos à base de grafeno e grafeno. 

O que é grafeno? O grafeno também entrou no mercado de eletrônicos de consumo – por exemplo, alguns dos principais smartphones da Huawei, usam tecnologia de resfriamento de filme de grafeno para fins de gerenciamento de calor. 

Outra empresa de alto perfil que adota o grafeno é a Ford – que está usando capas de espuma reforçadas por grafeno para componentes barulhentos em seus carros. Ford usa grafeno misturado com constituintes de espuma, e as peças resultantes são 17% mais silenciosas, 20% mais fortes e 30% mais resistentes ao calor.

Um mercado interessante para o grafeno é o mercado de sensores. O sensor de grafeno oferece processamento de amostra mais rápido, maior precisão, portabilidade e redução de custos.

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