Grafeno

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O grafeno é uma das formas cristalinas do carbono [1] [2], assim como o diamante [1], o grafite [1], os nanotubos de carbono e fulerenos. Esse material, pode ser considerado  tão ou mais revolucionário que o plástico e o silício [2]. Quando de alta qualidade, costuma ser muito forte, leve, quase transparente, um excelente condutor de calor e eletricidade. É o material mais forte já demonstrado, consistindo em uma folha plana de átomos de carbono densamente compactados em uma grade de duas dimensões [3]. É um ingrediente para materiais de grafite de outras dimensões, como fulerenos 0D, nanotubos 1D ou grafite 3D [3].

Basicamente, o grafeno é um material constituído por uma camada extremamente fina de grafite, com a diferença de que possui uma estrutura hexagonal cujos átomos individuais estão distribuídos, gerando uma fina camada de carbono. Na prática, o grafeno é o material mais forte, mais leve e mais fino (espessura de um átomo[4]) que existe. Para se ter ideia, 3 milhões de camadas de grafeno empilhadas têm altura de apenas 1 milímetro [2].

O termo grafeno foi proposto como uma combinação de grafite e o sufixo -eno por Hanns-Peter Boehm[5][6]. Foi ele quem descreveu as folhas de carbono em 1962.[7]

Na época em que foi isolado, muitos pesquisadores que estudavam nanotubos de carbono já estavam bem familiarizados com a composição, a estrutura e as propriedades do grafeno, que haviam sido calculadas décadas antes. A combinação de familiaridade, propriedades extraordinárias e surpreendente facilidade de isolamento permitiu uma explosão nas pesquisas sobre o grafeno. O Prêmio Nobel de Física de 2010 foi atribuído a Andre Geim e Konstantin Novoselov da Universidade de Manchester por experiências inovadoras em relação ao grafeno.[8]

Descrições[editar | editar código-fonte]

O grafeno é uma folha plana de átomos de carbono em ligação sp2 densamente compactados e com espessura de apenas um átomo, reunidos em uma estrutura cristalina hexagonal. O nome vem de grafite + -eno; o grafite em si consiste de múltiplas folhas arranjadas uma sobre a outra. O nome grafeno foi apresentado pela primeira vez em 1987 por S. Mouras e colaboradores enquanto estudavam as camadas de grafite intercaladas por compostos.[9]

O grafeno foi oficialmente definido na literatura química em 1994[10] pela IUPAC como:

Uma única camada da estrutura grafítica pode ser considerada como o último membro da série de naftalenos, antracenos, coronenos, etc., e o termo grafeno deve, portanto, ser utilizado para designar a camada individual de carbono em compostos de intercalação de grafite. O uso do termo "camada de grafeno" é também considerada para a terminologia geral dos carbonos.

Novas aplicações[editar | editar código-fonte]

Mais recentemente, empresas de semicondutores realizaram testes a fim de substituir o silício pelo grafeno devido à sua altíssima eficiência em comparação ao silício.

Em teoria, um processador, ou até mesmo um circuito integrado, poderia chegar a mais de 500 GHz. O silício, por sua vez, trabalha abaixo de 5 GHz. O uso de grafeno proporcionaria equipamentos cada vez mais compactos, rápidos e eficientes, mas o grafeno é tão bom condutor que ainda não se sabe como fazer com que pare de conduzir, formando assim o sistema binário.

Um grupo de cientistas chineses, liderados por Qunweu Tang, Xiaopeng Wang, Peishi Yang e Benlin He, desenvolveu uma placa fotovoltaica que é capaz de produzir energia a partir dos raios solares e também pelas gotas de chuva, sendo eficiente independente das condições climáticas, graças ao grafeno.[11]

Os trabalhos revolucionários sobre o grafeno valeram o Nobel da Física de 2010 ao cientista russo-britânico Konstantin Novoselov e ao cientista neerlandês nascido na Rússia Andre Geim,[12] ambos da Universidade de Manchester.

Uma das aplicações mais recentes do grafeno foi a criação em laboratório de supercapacitores, que podem ser utilizados em baterias e carregam mil vezes mais rápido que as baterias de hoje em dia.[13]

O óxido de grafeno também pode extrair substâncias radioativas das soluções de água. A descoberta do fenômeno deve possibilitar a purificação da água (incluindo as águas subterrâneas) contaminada por radiação, tal como ocorreu na área afetada pelo acidente nuclear de Fukushima.[14]

No ano de 2015, uma equipe de investigadores da Universidade de Aveiro[15] desenvolveu sacos de chá, com óxido de grafeno, capazes de remover, com eficácia, metais pesados de águas. Por cada dez miligramas de óxido utilizado foi possível remover, ao fim de 24 horas, 95% de mercúrio numa amostra de um litro de água. A remoção dos metais é explicada pelo fenómeno de adsorção.

Produção[editar | editar código-fonte]

Em março de 2012, um grupo de pesquisadores das universidades do Cairo e da Califórnia descobriu um método de produção de grafeno, extremamente eficiente e barato. Aplicando a radiação laser de um gravador de DVD LightScribe sob um filme de óxido de grafite produziu uma camada finíssima de grafeno, de alta qualidade e muito resistente, excelente para funcionar como capacitor ou semicondutor.[16]

Ver também[editar | editar código-fonte]

Referências

  1. a b c «Cientistas desenvolvem 'peneira' de grafeno que transforma água do mar em potável». BBC Brasil + G1 Ciência e Saúde. 3 de abril de 2017. Consultado em 4 de abril de 2017. Cópia arquivada em 4 de abril de 2017 
  2. a b c «Grafeno, o material mágico de 1001 utilidades!». Engenheiro na Web. 21 de janeiro de 2017. Consultado em 21 de janeiro de 2017 
  3. a b «Ato de Equilíbrio». Scientific American Brasil. Dezembro de 2011. Consultado em 25 de novembro de 2011. Nossa pesquisa estabelece o grafeno como o material mais resistente já demonstrado[...]. [...] O grafeno é uma folha plana de átomos de carbono densamente compactados em uma grade de duas dimensões e é um ingrediente para materiais de grafite de outras dimensões. Pode ser montado como fulerenos 0D, enrolados como nanotubos 1D ou colocados como grafite 3D." Imagine uma rede de arame, com a diferença de que cada ponto de conexão seria um átomo de carbono. O resultado dessa metamorfose mental é grafeno (bom, grafeno virtual). 
  4. «Grafeno: O material 10x mais forte que o aço!». Engenheiro na Web. 21 de janeiro de 2017. Consultado em 21 de janeiro de 2017 
  5. H. P. Boehm, R. Setton, E. Stumpp (1994). «Nomenclature and terminology of graphite intercalation compounds». Pure and Applied Chemistry. 66 (9): 1893–1901. doi:10.1351/pac199466091893 
  6. H. C. Schniepp, J.-L. Li, M. J. McAllister, H. Sai, M. Herrera-Alonso, D. H. Adamson, R. K. Prud’homme, R. Car, D. A. Saville, I. A. Aksay (2006). «Functionalized Single Graphene Sheets Derived from Splitting Graphite Oxide». The Journal of Physical Chemistry B. 110 (17): 8535–8539. doi:10.1021/jp060936f. PMID 16640401 
  7. H. P. Boehm, A. Clauss, G. O. Fischer, U. Hofmann (1962). «Das Adsorptionsverhalten sehr dünner Kohlenstoffolien». Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 316 (3–4): 119–127. doi:10.1002/zaac.19623160303 
  8. The Nobel Prize in Physics 2010
  9. The Story of graphene
  10. Boehm, H.P.; Setton, R. and Stumpp, E. (1994). «Nomenclature and terminology of graphite intercalation compounds». Pure and Applied Chemistry. 66: 1893-1901. doi:10.1351/pac199466091893 
  11. «Placa solar que gera energia com chuva também!». Engenheiro na Web. 21 de janeiro de 2017 
  12. Nobel atribuído a dois russos por experiências com o grafeno
  13. Supercapacitores de grafeno podem carregar até 1000x mais rápido que baterias de hoje em dia (em inglês).
  14. Grafeno vem purificar água contaminada. Por Oleg Nekhai, Alexei Lyakhov. Voz da Rússia, 11 de janeiro de 2013.
  15. tu, P3, Tratamos tudo por. «Chá de grafeno extrai metais pesados da água | P3». P3. Consultado em 20 de julho de 2015 
  16. Laser Scribing of High-Performance and Flexible Graphene-Based Electrochemical Capacitors. Por Maher F. El-Kady, Veronica Strong, Sergey Dubin, Richard B. Kaner. Science, 16 de março de 2012: Vol. 335 no. 6074 pp. 1326-1330 DOI: 10.1126/science.1216744

Bibliografia[editar | editar código-fonte]

Ligações externas[editar | editar código-fonte]

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