Grafeno: O Material do Futuro

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Grafeno
Colégio Dimensão | Física | 2º ano
O que é
Apenas recentemente, em 2004, o grafeno foi isolado pelos físicos Andre Geim e Konstantin Novoselov na Universidade de Manchester e pôde ser profundamente conhecido. Eles estavam estudando o grafite e por meio da técnica de esfoliação mecânica e conseguiram isolar uma camada do material com o uso de uma fita adesiva. Esse feito conferiu o Prêmio Nobel à dupla no ano de 2010.
Grafeno é um nanomaterial composto apenas por carbono, em que os átomos se ligam formando estruturas hexagonais. Também é o cristal mais fino conhecido (a espessura de 1 átomo de carbono), leve, condutor de eletricidade (2 vezes melhor do que o diamante, melhor que cobre ou ouro), rígido e impermeável. A aplicabilidade do grafeno está em diversas áreas, como construção civil, energia, telecomunicações, medicina e eletrônica.
Na prática, o grafeno é o material mais forte feito pelo homem, sendo 200 vezes mais resistente do que o aço. É bidimensional, ou seja, possui apenas duas medidas (largura e altura) e a espessura de uma folha de papel (1mm) corresponde à sobreposição de 3 milhões de camadas de grafeno. Uma folha de grafeno com um átomo de espessura poderia aguentar um elefante sem se romper, absorveria 2,3% da luz e se fosse do tamanho de um campo de futebol, pesaria somente 1g.
Propriedades e possibilidades
Estrutura:
A estrutura do grafeno é constituída por uma rede de carbonos ligados em hexágonos por meio de ligações covalentes. As ligações carbono-carbonos são as mais fortes encontradas na natureza e cada carbono se une a outros 3 na estrutura, por isso correspondem a 2 ligações simples e uma dupla.
O que nos proporcionaria:
A facilidade de manuseio do grafeno vai permitir que ele seja aplicado em quase todos os setores da indústria. A mais comentada atualmente é empregar o material no mercado tecnológico, mais especificamente nos dispositivos móveis, como tablets e smartphones. 
O grafeno ainda poderá revolucionar outros setores, como o automotivo, o naval e até mesmo a aeronáutica com a produção de veículos bem mais leves e econômicos. Até a camisinha poderá ser feita de grafeno - um projeto liderado pela Fundação Bill e Melinda Gates.
Isso quer dizer: 
Baterias com cargas ultrarrápidas e de longa duração;
Telefones flexíveis e quase transparentes;
Computadores ultrarrápidos;
Supercapacitor de grafeno (um armazenamento de energia em forma de campo elétrico, possibilitando a carga e descarga de energia de forma ultrarrápida) - celulares que carregam em segundos, carros esportivos elétricos com grande poder de aceleração;
Armazenar energia em roupas ou dispositivos colados na pele;
Dessalinização e descontaminação da água do mar, utilizando quase metade de energia dos processos atuais;
Um processador de 2000GHz, gastando apenas 1% da energia dos atuais;
Coletes balísticos leves, maleáveis e muito mais resistentes;
Oxido de grafeno para absorção de resíduos radioativos; 
Construção de músculos, tecidos e próteses artificiais;
Painéis fotovoltaicos que funcionam em dias chuvosos;
Aumentar a resistência de um avião deixando-o bem mais seguro;
Memória para computadores quânticos;
Lente de contato com um computador integrado;
entre milhares de outras possibilidades!
Produção:
No entanto, o maior desafio das empresas e desenvolvedores que apostam na tecnologia é tornar a produção do material viável comercialmente e em larga escala – a maioria dos testes hoje são feitos em laboratórios. 
Clifagem Micromecânica
Usando fita adesiva repetidamente, é feita uma descamação de flocos de grafite das plataformas. Alguns flocos são capturados pela superfície de um disco de silício/óxido de silício. Esta abordagem mostrou ser altamente confiável e permitiu preparar filmes multicamadas de grafeno.
Esfoliação mecânica: 
Minerar o grafite do solo e separar química ou mecanicamente o grafeno.
Deposição Química de Vapor (CVD)
Injeta-se um gás de hidrocarboneto, onde se tem uma folha de metal. Aquece-se o ambiente para quebrar as moléculas do gás, liberando os átomos de hidrogênio e restando apenas os átomos de carbono, que aderem à folha de metal e se ligam facilmente. Porém o grafeno obtido dessa forma é de menor qualidade.
Existem diversas outras formas de produção
Hoje em dia
Projeto da União Europeia, nomeado de Graphene Flagship, destinou cerca de 1,3 bilhão de euros para pesquisas relacionadas ao grafeno, aplicações e desenvolvimento de produção em escala industrial. Cerca de 150 instituições em 23 países participam desse projeto.
Uma das descobertas mais importantes aconteceu em abril do ano passado: pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Samsung (SAIT) e da Universidade Sungkyunkwan, na Coreia do Sul, anunciaram uma nova técnica que permite criar grafeno de alta qualidade a partir de pastilhas de silício. Dessa forma, a substância poderia ser usada na produção de transistores de grafeno. As pesquisas com o grafeno também ocasionaram na criação do Graphene Flagship Consortium, um grupo europeu liderado pela Nokia que inclui outros 73 parceiros, entre universidades e companhias de vários setores, todos interessados em explorar as capacidades do grafeno. Além da Nokia e Samsung, cientistas da IBM e da SanDisk realizam experiências com o material.
E o Brasil não está de fora. A Universidade Presbiteriana Mackenzie, em São Paulo, investiu cerca de R$ 20 milhões para levantar o primeiro centro de pesquisas com grafeno no país. Apesar de ainda não ter previsão para ser inaugurado, o MackGrafe (Centro de Pesquisas Avançadas em Grafeno, Nanomateriais e Nanotecnologia) ocupará um edifício de 4.230m2 no campus da instituição, na capital paulista.
Referências Bibliográficas:
https://www.todamateria.com.br/grafeno
https://canaltech.com.br/produtos/grafeno
https://www.youtube.com/watch?v=l6yqJxB4uzA
J. E. D. Vieira Segundo, E. O. Vilar. Grafeno: Uma revisão sobre propriedades, mecanismos de produção e potenciais aplicações em sistemas energéticos. Revista Eletrônica de Materiais e Processos, www.ufcg.edu.br, Volume 11, nº 2, 2016. Disponível em: http://www2.ufcg.edu.br/revista-remap/index.php/REMAP/article/download/493/387. Acesso em: 22/02/2021.
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