O que é grafeno e o que ele pode fazer?

Se você esteve perto de um jornal de ciências na última década ou assim, você se deparou com alguma forma de superlativo sobre o grafeno - o maravilhoso material bidimensional que promete transformar tudo, da computação à biomedicina.

Há muito entusiasmo sobre as aplicações do grafeno, graças a um punhado de propriedades notáveis. É 1 milhão de vezes mais fino que um cabelo humano, mas 200 vezes mais forte que o aço. É flexível, mas pode atuar como uma barreira perfeita e é um excelente condutor de eletricidade. Junte tudo isso e você terá um material com uma infinidade de aplicações potencialmente revolucionárias.

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O que é grafeno?

O grafeno é carbono, mas em uma estrutura de favo de mel de um átomo de espessura. Se você voltar às suas antigas aulas de química, vai se lembrar que materiais compostos inteiramente de carbono podem ter propriedades drasticamente diferentes, dependendo de como seus átomos estão organizados (diferentes alótropos). O grafite da grafite do seu lápis, por exemplo, é macio e escuro em comparação com o diamante duro e transparente do seu anel de noivado. As estruturas de carbono feitas pelo homem não são diferentes; o Buckminsterfullerene em forma de bola atua de forma diferente para os arranjos enrolados de nanotubos de carbono.

O grafeno é feito de uma folha de átomos de carbono em uma rede hexagonal. Do acima exposto, é a forma mais próxima da grafite, mas enquanto esse material é feito de folhas bidimensionais de carbono mantidas camada sobre camada por ligações intermoleculares fracas, o grafeno tem apenas uma folha de espessura. Se você fosse capaz de descascar uma única camada de carbono com um átomo de altura do grafite, você teria grafeno.

As ligações intermoleculares fracas no grafite fazem com que pareça macio e flácido, mas as próprias ligações de carbono são robustas. Isso significa que uma folha composta exclusivamente por essas ligações de carbono é forte - cerca de 200 vezes mais do que o aço mais resistente, ao mesmo tempo que é flexível e transparente.

O grafeno é teorizado há muito tempo e acidentalmente produzido em pequenas quantidades desde que as pessoas usam lápis de grafite. Seu principal isolamento e descoberta, no entanto, está atribuído ao trabalho de Andre Geim e Konstantin Novoselov, em 2014 na Universidade de Manchester. Os dois cientistas supostamente realizaram experimentos nas noites de sexta-feira, onde testariam ideias fora de seus empregos diurnos. Durante uma dessas sessões, os pesquisadores usaram fita adesiva para remover camadas finas de carbono de um pedaço de grafite. Essa pesquisa pioneira acabou levando à produção comercial de grafeno.

Depois de ganhar o Prêmio Nobel de Física em 2010, Geim e Novoselov doaram o dispensador de fita ao Museu Nobel.

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Para que pode ser usado o grafeno?

Uma coisa importante a notar é que os cientistas estão desenvolvendo todos os tipos de materiais baseados em grafeno. Isso significa que provavelmente é melhor pensar sobre grafenos, da mesma forma que pensaríamos sobre plásticos. Essencialmente, o advento do grafeno tem como objetivo levar a uma categoria totalmente nova de material, não apenas a um novo material.

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Em termos de aplicações, pesquisas estão sendo feitas em áreas tão abrangentes como biomedicina e eletrônica até proteção de cultivos e embalagens de alimentos. Ser capaz de modificar a propriedade de superfície do grafeno, por exemplo, pode torná-lo um excelente material para administração de drogas, enquanto a condutividade e flexibilidade do material podem anunciar uma nova geração de circuitos de tela de toque ou dispositivos dobráveis ​​dobráveis.

O fato de que o grafeno é capaz de formar uma barreira perfeita para líquidos e gases significa que também pode ser usado com outros materiais para filtrar qualquer número de compostos e elementos - incluindo o hélio, que é um gás excepcionalmente difícil de bloquear. Isso tem uma gama de aplicações quando se trata da indústria, mas também pode ser muito útil para as necessidades ambientais em torno da filtragem de água.

As propriedades multifuncionais do grafeno abrem as portas para uma enorme quantidade de usos de compostos. Embora muito se tenha pensado em como isso pode impulsionar tecnologias pré-existentes, os avanços contínuos no campo acabarão por levar a áreas totalmente novas que antes seriam impossíveis. Podemos ver uma nova classe de engenharia aeroespacial emergir? E os implantes ópticos de realidade aumentada? Ao que parece, o século 21 é quando vamos descobrir.