Grafeno: conheça o material que vai revolucionar a tecnologia do futuro

Por Caio Carvalho | 28.07.2014 às 07:35 - atualizado em 23.06.2015 às 15:12
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O Grafeno pode ser considerado um material de (quase) 1001 utilidades, tão ou mais revolucionário que o plástico e o silício – este último usado em grande quantidade na fabricação de diversos componentes eletrônicos. Já é conhecido como um dos elementos que vão revolucionar a indústria tecnológica como um todo devido a sua resistência, leveza, transparência e flexibilidade, além de ser um ótimo condutor de eletricidade.

Com tantas vantagens e características promissoras, você certamente já deve ler lido alguma coisa sobre esse poderoso material que, muito em breve, estará nos nossos tablets, celulares inteligentes e outros dispositivos do dia a dia. E olha que a era do grafeno está apenas começando. Por exemplo, você já imaginou recarregar seu smartphone em apenas 15 minutos e só precisá-lo plugar na tomada uma semana depois? Ou ainda poder dobrar, amassar e contorcer seu aparelho telefônico sem danificar seu funcionamento? As possibilidades são muitas, e incluem ainda raquetes de tênis e até preservativos.

Descoberta

Grafeno

Embora esteja em evidência só agora, as pesquisas com grafeno começaram em 1947 pelo físico Philip Russel Wallace, o primeiro a descobrir e estudar, mesmo que de uma forma bastante limitada, os princípios do material. Ele se tornou realidade só em 1962 através dos químicos alemães Ulrich Hofmann e Hanns-Peter Boehm, quando o próprio Boehm batizou o composto, resultado da junção das palavras "grafite" e o sufixo "-eno".

Até então, o grafeno era conhecido apenas pela comunidade científica. Mas em 2004 isso mudou, graças aos cientistas Konstantin Novoselov (russo-britânico) e Andre Geim (russo-holandês), ambos da Universidade de Manchester, na Inglaterra. Na época, os dois resolveram testar o potencial do grafeno como transistor, uma alternativa ao silício usado em semicondutores.

Geim e Novoselov continuaram seus estudos melhorando a condutividade do grafeno, tornando-o cada vez mais fino até chegar - acreditem - à espessura de um átomo. Mesmo sendo submetido a esse processo, o material manteve sua estrutura e não teve sua condutividade danificada. A descoberta rendeu aos cientistas, seis anos depois, o Prêmio Nobel de Física pelo desenvolvimento do transistor de grafeno e, a partir daí, os testes com a substância não pararam mais. Só em 2010, foram publicados cerca de 3.000 estudos que comprovam os recursos aparentemente ilimitados do componente.

Então, o que é esse tal de grafeno?

Grafeno

Basicamente, o grafeno é um material constituído por uma camada extremamente fina de grafite, o mesmo encontrado em qualquer lápis comum usado para escrever. A diferença é que o grafeno possui uma estrutura hexagonal cujos átomos individuais estão distribuídos, gerando uma fina camada de carbono.

Na prática, o grafeno é o material mais forte (200 vezes mais resistente do que o aço), mais leve e mais fino (espessura de um átomo) que existe. Para se ter ideia, 3 milhões de camadas de grafeno empilhadas têm altura de apenas 1 milímetro. Fora isso, ele é transparente, elástico, pode ser mergulhado em líquido sem enferrujar ou danificar sua composição e conduz eletricidade e calor melhor do que qualquer outro componente. Além disso, o grafeno é extremamente barato para ser produzido. Daí vem a tal revolução que o material pode trazer, já que tem muito mais qualidades que o plástico e o silício.

Possibilidades infinitas

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.

No futuro, esses gadgets vão abandonar o design retangular e conservador dos modelos vendidos hoje em dia para adotar visuais dignos de filmes de ficção científica. Será possível fabricar um celular totalmente flexível que poderá ser literalmente dobrado, colocado no bolso e desenrolado de volta sem prejudicar seu funcionamento ou sua tela de altíssima definição. Ele também poderá ser transparente como o vidro e ter a espessura de uma folha de papel.

Grafeno

Além de flexíveis, as baterias dos aparelhos deixarão de ser o pesadelo dos usuários que passam o dia com o smartphone ligado. Em 2011, pesquisadores da Northwestern University, nos EUA, criaram uma bateria que mantém o celular carregado por mais de uma semana e demora apenas 15 minutos para completar uma recarga. Em fevereiro de 2013, Richard Kaner, pesquisador da Universidade da Califórnia, desenvolveu baterias para celulares e notebooks que recarregam em um tempo ainda menor: cinco e 10 segundos, respectivamente.

A sua internet também será mais rápida. Em julho do ano passado, pesquisadores das Universidades britânicas de Bath e Exeter usaram interruptores ópticos feitos com base no grafeno que aumentaram em 100 vezes a velocidade de transmissão de dados. Há ainda uma antena de grafeno extremamente fina feita por cientistas do Instituto de Tecnologia da Geórgia (EUA) que permite transmitir 128 GB (ou 1 terabit) em apenas um segundo, a um metro de distância.

Os avanços não se limitam apenas à eletrônica. 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. O componente também pode ser usado na fabricação de fones de ouvido e painéis solares, além da capacidade de desintoxicar água contaminada, filtrar a água salgada dos oceanos, transmitir sinal FM e produzir chips e dispositivos biônicos que poderão ser implantados no corpo humano. Até a camisinha poderá ser feita de grafeno - um projeto liderado pela Fundação Bill e Melinda Gates.

A parte mais difícil

Grafeno

Você viu que são inúmeras as propriedades do grafeno. 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 é feita hoje em laboratórios. A situação não é muito diferente do que aconteceu logo quando o silício foi descoberto, que só passou a ser usado em transistores cerca de sete anos após seu surgimento. Os primeiros circuitos integrados demoraram ainda mais tempo para utilizar o silício, e só foram fabricados cerca de 20 anos depois.

Esse cenário deve mudar com a chegada de novos procedimentos que tentam viabilizar a fabricação do grafeno para as massas. Uma das descobertas mais importantes aconteceu em abril deste ano: 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 4.230 m2 no campus da instituição, na Rua da Consolação, na capital paulista.

Assim como as pesquisas com o grafeno continuam a todo vapor, também devem continuar as batalhas judiciais entre empresas de tecnologia pela disputa de patentes relacionadas ao material. Só a Samsung tem 38 patentes e pelo menos 17 aplicativos que usam a palavra "grafeno" no resumo de invenções, todas registradas no Escritório de Patentes e Marcas dos Estados Unidos USPTO). No mesmo órgão, a Apple tem ao menos dois pedidos relacionados ao componente.