Grafeno: Propriedades e Aplicações

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO GRANDE DO SUL
FACULDADE DE ENGENHARIA
ENGENHARIA MECÂNICA
Anderson Obetine
Laura Matos
Marcelo Bittencourt
Matheus Daltoé
Silvana Souza e Silva
Grafeno
Porto Alegre
16 de Junho de 2016
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1 Introdução
Este trabalho tem como principal motivação apresentar o material chamado
grafeno, apresentando suas propriedades, obtenção e aplicações. O grafeno foi des-
coberto apenas há alguns anos atrás. Tal conquista deu-se de forma quase acidental,
como ainda estudaremos ao longo deste trabalho.
A partir do novo material constatado, foi utilizado para diversas aplicações e
promete promover um bom avanço tecnológico no estudo dos materiais, graças às suas
características específicas e adversas ao que já era de conhecimento dos cientistas. O
grafeno representa o novo molde de um horizonte extraordinário ao ser empregado no
lugar de algumas peças que tiveram suas qualidades alteradas para melhor. O grafeno
substitui materiais que não podem fornecer todas as características e propriedades que
ele oferece.
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2 Desenvolvimento
No ano de 2004, alguns pesquisadores realizaram uma limpeza na superfície de
uma placa de grafite (fig 1 anexo). O procedimento consistiu no desgaste gradual com
uma fita adesiva. Foi concluído, na análise em microscópio atômico, que os resíduos
que permaneceram na fita tiveram a estrutura hexagonal de grafite mantida. Também
foi observada a presença de uma peculiaridade: a simetria no arranjo de elétrons,
aumentando a condutividade do material.
Assim foi obtido o grafeno, que recebeu, em inglês, o nome de graphene.
Basicamente o material consiste em uma camada extremamente fina (aproximadamente
da espessura de um átomo) de carbono cuja forma alotrópica é apresentada, neste
caso. Como um cristal bidimensional de átomos de carbono organizados em um padrão
hexagonal (fig 2 anexo).
Foi observado que o grafeno tem uma característica de força que supera propor-
cionalmente cerca de 200 vezes a resistência do aço, embora seja o material mais leve
e fino que existe. É considerado pelos cientistas como o material mais forte que existe
na atualidade. Sua dureza foi testada com o auxílio da ponta de um diamante (material
mais duro encontrado na natureza – até agora). A constatação foi a impossibilidade de
quebrar a chapa de grafeno, impactando curiosidade por parte de todos que estudam
materiais.
Além de fino, apresenta também transparência (fig 3 anexo), maleabilidade,
elasticidade, alta condutividade térmica e elétrica e pode ser mergulhado em fluido sem
enferrujar ou danificar sua composição. A título de noção de dimensões, 3 milhões de
camadas de grafeno empilhadas têm uma altura equivalente a 1mm.
Então supõe-se uma espécie de revolução que o novo material é capaz de trazer,
com todas estas características descobertas. As qualidades oferecidas pelo grafeno
ultrapassam as expectativas do plástico e do silício. Ademais, o custo de produção do
material é satisfatoriamente baixo, pois o carbono é o 4º elemento mais abundante no
planeta.
Visto que diversas qualidades foram encontradas em um único material, as
pesquisas sobre as possibilidades de emprego do grafeno alavancaram, prometendo
uma revolução tecnológica no âmbito de materiais.
Características a serem expostos sobre o grafeno
O grafeno possui alta condutividade térmica e elétrica. É importante
ressaltar também que o cobre é o condutor elétrico mais utilizado atualmente, por ter
Capítulo 2. Desenvolvimento 3
uma condutividade considerada rápida. O grafeno excede tal velocidade em cerca de
100 vezes. Outrossim, sua impermeabilidade permite que seja vedada a passagem até
mesmo do hélio (gás extremamente leve).
Elevada dureza, como visto anteriormente, maleabilidade e leveza
e pequena espessura também são apontados como características relevantes e de
extrema importância para a engenharia. Sua flexibilidade pode recobrir uma superfície
de aproximadamente 2700 m² com apenas 1,0g de grafeno.
Apresenta, inclusive, menor efeito Joule (perde menos energia na forma
de calor ao conduzir os elétrons) e sua transparência permite deixar cerca de 97,5% da
luz atravessar sua estrutura. Isso se deve à fina espessura do material e sua estrutura
hexagonal. Similarmente devemos nos atentar para o fato de que a matéria-prima do
grafeno é o carbono, cuja abundância no planeta leva ao baixo custo da produção do
material. A questão se estende pelo grafeno ser proveniente de qualquer material de
carbono.
Capacidade de auto reparação, pois uma vez que a lâmina de grafeno
sofre uma fratura, o material atrai de seu contorno os átomos de carbono que necessita
para “reparar” o estrago, preenchendo os vãos adequadamente.
Informações adicionais das propriedades específicas:
Índice de fluidez (190°C/2.16kg) 8 g/10 min
Densidade 0.941 g/cm3
Ponto de fusão 86°C
Ponto de amolecimento 61°C
Aplicações:
• Para displays flexíveis que precisam ser dobrados. Exemplo são telas de tablets
e smartphones que, quando caem, quebram. O grafeno seria usado para a
produção de uma tela sensível ao toque (touch screen), flexível, transparente e
inquebrável. Ele substituiria o ITO (óxido de estanho dopado com índio) utilizado
atualmente nas telas sensíveis;
• Acelerar a internet. Foi comprovado que o grafeno consegue realizar a conversão
da informação ótica para a elétrica com uma velocidade cerca de 100 vezes mais
rápida que os conversores elétricos;
• Pode ser usado em eletrônica para dissipar calor;
Capítulo 2. Desenvolvimento 4
• Na produção de sensores, pois o grafeno é totalmente formado por área de
superfície;
• Na indústria aeroespacial, naval, automotiva e civil;
• Na área biomédica, por exemplo, para fazer próteses flexíveis e leves, além de
implantes;
• Nas telecomunicações;
• Na geração de energia, como em painéis solares, em células de hidrogênio e em
baterias de grande duração;
• Em cabos de alta velocidade;
• Discos rígidos capazes de armazenar 1.000 vezes mais informação.
• Os semicondutores nos que se baseiam os processadores ultrarrápidos do futuro
(substituto do silício).
• Potentes painéis solares, com 42% de eficácia (atualmente, as células convertem
apenas 16% da energia que recebem em eletricidade).
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3 Conclusão
Este material reúne uma série de propriedades que não tinham sido encontradas
antes em nenhum outro, isso mostra que realmente o grafeno é um material que tem
uma gama de aplicações e utilidades, como é uma inovação tecnológica, esse material,
não há muitos dados referente a suas propriedades, mas com o aprimoramento da
tecnologia será possível novos dados e sua obtenção em grande quantidade com
método mais rápido. As pesquisas sobre as possibilidades de utilização do grafeno
alavancaram, prometendo ser uma revolução tecnológica.
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4 Referências
http://www.grafen.com.tr/pdf/1395999408.pdf
https://pt.wikipedia.org/wiki/Grafeno
http://www.inmesol.pt/blog/o-grafeno-um-material-que-vai-mudar-o-nosso-mun
do
https://www.oficinadanet.com.br/post/11106-o-que-e-grafeno
http://e-fisica.fc.up.pt/fisica_na_up/conteudos/grafeno/
http://www.techtudo.com.br/noticias/noticia/2016/03/grafeno-pode-tornar-inter
net-ultrarrapida-e-criar-baterias-mais-duraveis.html
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5 Anexos
Figura 1 – (Fig. 1) http://ww2.ultraseal.com.br/placa-de-grafite-e-placa-de-carvao.jpg
Figura 2 – (Fig.2) Figura 2https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/9e/Graphen
.jpg/300px-Graphen.jpg
Capítulo 5. Anexos 8
Figura 3 – (Fig.3) http://ww2.ultraseal.com.br/placa-de-grafite-e-placa-de-carvao.jpg
	Introdução
	Desenvolvimento
	Conclusão
	Referências
	Anexos