11/07/2013 08h00 - Atualizado em 11/07/2013 15h44

Grafeno, um material peculiar

B. Piropo
por
Para o TechTudo

Já ouviu falar em “grafeno”? Há boas chances que já tenha ouvido. Ou não. As razões para que se tenha ouvido falar são muitas, mas podem ser resumidas em uma: grafeno é provavelmente o mais extraordinário material que existe no planeta – e algumas de suas propriedades que serão discutidas adiante provavelmente lhe convencerão disto.

Por outro lado há quem não tenha ouvido falar porque é um material relativamente novo. Embora a primeira menção a ele tenha sido feita em 1962 pelo químico alemão Hanns-Peter Boehm, considerado o pioneiro nas pesquisas sobre grafeno, durante décadas foi considerado quase que uma curiosidade científica e só começou de fato a ser conhecido a partir de 2004, quando alguns físicos da Universidade de Manchester, na Inglaterra, e do Instituto de Tecnologia em Microeletrônica de Chernogolovka, na Rússia, desenvolveram uma curiosa e engenhosa técnica de isolamento de grafeno usando fita adesiva.

GPC20130711_1Figura 1: Material para isolamento de Grafeno (Foto: Reprodução)

Sim, fita adesiva comum. Parece brincadeira, mas não é: o rolo de fita adesiva usado na experiência (onde se pode ler o nome de seu proprietário, Andre Geim), assim como um pedaço de grafite pura e um transistor feito de grafeno (mostrados na Figura 1, obtida na Wikipedia), estão expostos no Museu Nobel, de Estocolmo, doados pelo próprio Andre Geim e por seu colaborador Konstantin Novoselov, da Universidade de Manchester, ambos agraciados com o Prêmio Nobel de Física de 2010 justamente por sua descoberta.

Mas afinal o que é grafeno, quais são estas propriedades tão extraordinárias e para que é usado?

Vamos por partes.

Segundo definição oferecida no sítio “Graphene Industries”, “grafeno é um membro da classe dos matérias bidimensionais … que consiste em uma malha hexagonal de átomos de carbono sp2 interligados”.

Entendeu?

Provavelmente não. Mas não se aflija, quando eu li esta definição pela primeira vez também não entendi. Só depois que a destrinchei.

Destrinchemo-la então.

Carbono sp2 é um treco meio complicado. Tem a ver com a fusão (ou “hibridização”) das órbitas nas quais os elétrons circulam em torno do núcleo do carbono (para quem está interessado nos detalhes, aqui vai um vídeo do Prof. Rogério de Oliveira, mas sinceramente eu duvido que você assista até o final a não ser que esteja MUITO interessado; e vamos deixar claro que a exposição do Prof. Rogério é muito boa, o tema é que é espinhoso).

Mas, resumindo e simplificando (talvez demais, porém suficiente para o que nos interessa…): carbono sp2 é um tipo de átomo de carbono.

GPC20130711_2Figura 2: estrutura do grafeno (Foto: Reprodução)

Já explicar o que é uma “malha hexagonal de átomos de carbono interligados” fica fácil com o auxílio da Figura 2 (também obtida na Wikipedia). Não se trata de uma fotografia, mas de um diagrama esquemático. Cada esfera representa um átomo de carbono sp2. Cada traço ligando as esferas duas a duas representa um (fortíssimo) enlace entre dois átomos.  E como cada átomo se liga a três outros de forma absolutamente regular, o resultado é uma estrutura molecular semelhante a uma colmeia, ou seja, uma “malha hexagonal”.

E agora vem o ponto mais interessante…

Preste atenção na figura e responda: qual é a espessura da malha, ou camada de grafeno?

A resposta natural e intuitiva é “um átomo de carbono”.

GPC20130711_3Figura 3: Diagrama esquemático de um átomo de
carbono (Foto: Reprodução)

Pois bem, agora pense em um átomo de carbono, cujo diagrama esquemático (obtido no sítio iChemistry) é mostrado na Figura 3. Ele é constituído por seis nêutrons e seis prótons espremidos em um núcleo circundado por seis elétrons que se movimentam em suas órbitas, dois mais próximos do núcleo, quatro mais afastados.

Quanto mede?

Mas um momento. Quanto mede o que? O núcleo? Seu diâmetro é ínfimo, doze partículas atômicas agrupadas. A órbita externa? Mas a órbita é apenas uma linha imaginária por onde se desloca o elétron, que pode estar em qualquer ponto dela.

Então como medir um átomo?

A resposta mais correta seria “não se mede”. Mas, apenas para fins de comparação, os cientistas criaram o conceito de “raio de van der Walls”, definido como “o raio de uma esfera sólida imaginária empregada para representar um átomo”. E o raio de van der Waals de um átomo de carbono é de 170 pm (pirômetros), o que faz com que seu diâmetro teórico seja de 340 pm, ou seja, 340 bilionésimos de milímetro. Como este é o raio de uma “esfera imaginária”, pode-se concluir que o tamanho real do átomo de carbono, para todos os fins práticos, seja desprezível.

Há ainda uma segunda forma de avaliar o tamanho de um átomo, o “raio covalente”, que equivale à metade da distância entre dois núcleos de um mesmo elemento químico ligados. Segundo este critério, o “tamanho” do átomo de carbono seria de apenas 77 pm. Um tamanho ainda mais desprezível.

Portanto podemos concluir que, na prática, a espessura da camada de grafeno pode ser considerada como nula. O que faz dela uma superfície com apenas duas dimensões.

A única superfície bidimensional real que se conhece.

Só isto bastaria para que o grafeno seja considerado extraordinário.

Porém, um exame das demais características leva a constatações ainda mais surpreendentes.

Mas isto é papo para a semana que vem.

Até lá

B.Piropo

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  • Abobo
    2013-07-13T00:59:39

    *picometros

  • Diego Galao
    2013-07-12T13:53:43

    corrigindo , celulares, ( não elulares kk) valeu!!

  • Diego Galao
    2013-07-12T13:52:56

    o grafeno é o futuro da indústria , graças a eles se podem criar elulares transparentes junto com algumas peças, peças flexiveis.. é o futuro da tecnologia!!! muito bom!!

  • João Fernandes
    2013-07-11T13:40:42

    Muito bom *o* parabéns pela materia,podia ter mais matérias sobre o assunto

  • Tiago Nascimento
    2013-07-11T11:52:33  

    Grafeno, Ok. Agora aplicações praticas?

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    • Tiago Nascimento
      2013-07-11T11:52:33  

      É utilizado como semicondutor e em breve substituirá o silício em componentes eletrônicos

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    • Tiago Nascimento
      2013-07-11T11:52:33  

      O grafeno é 200 (duzentas) vezes mais forte que o ferro. Só pra ter uma idéia, uma película de grafeno da espessura de um filme de pvc, desses usados para embalar alimentos, se for tencionado numa área mais ou menos do tamanho da boca de um copo comum suporta o peso de um carro popular. E como é supercondutor de eletricidade e altamente resistente, poderá ser aplicado em telas touch tornando-as muito resistentes.