Tecnologia

Grafeno – Um forte potencial para a eletrônica do futuro

O avanço tecnológico e a moderna eletrônica tem sido uma constante no meio científico; não há limites para as invenções e inovações. A necessidade pela busca insaciável por novas tecnologias, que acabou resultando na descoberta do Material do Futuro: O Grafeno1.

Descoberto inicialmente em 2004, o Grafeno rendeu o Prêmio Nobel de Física em 2010 para os cientistas Andre Geim e Konstantin Novoselov, da Universidade de Manchester, no Reino Unido; a pesquisa que teve mais de duas mil citações, descreve propriedade semicondutoras do material e foi publicada na revista Nature (438, 197-200), em 2005.

ENTENDENDO O GRAFENO

Sua estrutura é similar ao do Grafite, originando seu nome com a combinação de Grafite e o sufixo –eno, por Hanns-Peter Boehm – foi ele quem descreveu as folhas de carbono em 19622. O grafite é um cristal formado somente por átomos de carbono ordenados em planos (como folhas) com simetria hexagonal (forma de colmeia de abelhas) que, por sua vez, são empilhados uns sobre os outros3.

Assim, o grafeno é uma folha plana composta por átomos de carbono densamente alinhados em uma rede cristalina hexagonal, de um átomo de espessura, em ligação sp² (hibridização – processo de formação de orbitais eletrônicos híbridos. Em alguns átomos, os orbitais dos sub níveis atômicos s e p se misturam, dando origem a orbitais híbridos sp, sp² e sp³). É flexível e 200 vezes mais resistente que o aço, com alta condutividade térmica e elétrica. Possibilita a combinação com outras substâncias químicas, outorgando um grande potencial de desenvolvimento:

  • Os elétrons do grafeno podem mover-se com maior liberdade (comportando-se como quase partículas sem massa), em relação a outros materiais;

  • Consome menos eletricidade que o silício;

  • Esquenta muito menos por efeito Joule (uma lei física que expressa à relação entre o calor gerado e a corrente elétrica que percorre um condutor em determinado tempo, formando o efeito térmico);

  • Suporta a radiação ionizante (a radiação que possui energia suficiente para ionizar átomos e moléculas);

  • É (quase) completamente transparente e tão denso que nem os átomos de hélio (que são menores) podem trespassa-lo.

O grafite possui uma propriedade importante: a força de ligação entre cada um de seus planos é fraca. Esta propriedade possibilitou desgrudar um plano (de átomo) do outro facilmente, permitindo a primeira síntese de grafeno. – Se Colarmos uma fita adesiva sobre grafite, puxa-la (e tivermos sorte), é possível quebrar as ligações entre os planos de átomos, tendo um plano individual isolado. O resultado da experiência é o mais fino possível, com apenas um átomo de espessura.

PAI DE TODOS

Grafeno_paidetodosObservamos na imagem ao lado o Grafeno como uma rede hexagonal de átomos de carbono. Cada átomo está covalentemente ligado a outros três, mas, dado que o carbono tem quatro elétrons de valência, um é liberado, permitindo que o grafeno possa conduzir eletricidade.

As outras formas são bem conhecidas do carbono, derivadas do grafeno: o Grafite, como uma pilha de camadas de grafeno; os Nanotubos de carbono, como folhas de grafeno enroladas em forma de cilindro; e uma molécula de Fulereno de Buckminster (C60) ou esfera de grafeno com pentágonos e hexágonos dentro da rede.

AMOLED, SILÍCIO E GRAFENO

AMOLED (Matriz-Ativa de Diodo Orgânico Emissor de Luz – Active-Matrix Organic Light-Emitting Diode, em inglês), é uma tecnologia baseada no OLED. As telas AMOLED são compostas por quatro camadas: uma de ânodo, uma orgânica, uma de cátodo e outra com os circuitos; nelas, os pixels são três vezes mais rápidos, permitindo uma definição muito melhor de filmes com bastante movimentação de câmera, TV e celular. As telas flexíveis tornaram-se possíveis graças a SAMSUNG, que apresentaram na CES 2011 suas telas AMOLED de 4,3 polegadas com uma resolução de 480 x 800 pixels, pesando apenas 2,1 gramas e um brilho de 300 cd/m²; os resultados foram excelentes, devido ao painel de luz com grande contrastes de cores.

“O Silício é um elemento químico de símbolo Si de número atômico 14 (14 prótons e 14 elétrons) com massa atómica igual a 28 u. […] O silício é o segundo elemento mais abundante na crosta terrestre, […] é o principal componente do vidro, cimento, cerâmica, da maioria dos componentes semicondutores e dos silicones, que são substâncias plásticas muitas vezes confundidas com o silício”4.

Grafeno é um material capaz de se tornar um monitor (devido a sua transparência) e um processador (com uma taxa de velocidade 10 vezes superior que o silício). Por isso o Silício pode ser substituído pelo Grafeno, e permitir a segunda revolução tecnológica, podendo ser fornecido às indústrias, fornecendo-nos novos componentes eletrônicos, mais baratos e eficientes; a sua condutividade também é uma vantagem.

Podemos fazer uma comparação com os atuais aparelhos de alta geração (notebooks, tablets, smartphones, entre outros), que futuramente poderão ser muito mais eficazes e a velocidade dos mesmos poderá ser até quatro vezes maiores. Já obteve dispositivos de grafeno, cujos processamentos de dados foram 10 vezes mais rápido, finos como um cabelo, flexíveis como o plástico, e duros como o diamante.

Atualmente, a maioria dos materiais utilizados em dispositivos eletrônicos são agrupamentos tridimensionais de átomos (com ou sem estrutura cristalina). Mesmo os dispositivos mais finos são compostos por algumas dezenas de nanômetros de espessura – equivalente a algumas centenas de planos de átomos – enquanto que o grafeno é bidimensional, com uma espessura de apenas um plano de átomo.

Por isso sua importância tornou-se revolucionária as tecnologias fundamentais da eletrônica moderna, para irradiar-se a outras tecnologias:

  • Os diodos orgânicos são usados em novas telas, mais delgadas, de TV, computadores, telefones e os demais dispositivos portáteis;

  • Gastam muito menos energia que as telas LCD (cristal líquido);

  • Possibilita a fabricação de baterias flexíveis e de bom rendimento;

  • Chips de grafeno (super miniaturas) com maior capacidade e velocidade.

PROMESSAS DO GRAFENO
  • Técnicas especiais para fabricar telas, cujas características principais são a espessura, flexibilidade e resistência (empregam-se medidas com nanómetros: 1 nanómetro = Millonésima parte de 1 milímetro – Nanotecnologia: Campo de ciências aplicadas ao controle e manipulação da matéria a nível molecular ou atômico);

  • Relógios com imagens, fones, pulseiras de todos os clichês eletrônicos, calculadoras, telefones, etc.;

  • Aulas com classes interativas;

  • A tecnologia no vidro foi desenvolvida por produtos como Gorilla Glass (vidro gorila), para telas táteis interativas;

  • O espelho de banho pode incluir uma tela interativa para ver notícias, ler e deixar mensagens, consultar calendários, horários, doses de remédios, agendas, programação da temperatura da água e do ambiente;

  • No automóvel, as mesmas possibilidades, além de poder ver as ruas que estão com maior trânsito de veículos, gravar trajetos, abrir o portão de casa, etc.;

  • Mesas com telas (touchscreen) para trabalhar com imagens, podendo ser na porta da geladeira, quadros artísticos, etc.;

  • Televisores 3D, gigantes, delgados, de peso mínimo, com imagens mais reais;

  • Também revolucionará os materiais dos automóveis, aeronaves, satélites, coletes balísticos, células solares, entre outros;

  • Os computadores terão um aspecto de periódico ou diário. Um HD de grafeno, por exemplo, terá uma capacidade mil vezes superior aos de hoje e com velocidade de ordem de TB.

Estas são algumas das várias revoluções tecnológicas que o grafeno pode nos trazer; sua característica é pouco peso, grande resistência e baixo custo. Sendo assim, concluímos que este é um forte potencial para a eletrônica do futuro.

  1. http://grafeno.com/  
  2. http://pt.wikipedia.org/wiki/Grafeno  
  3. http://www.dicyt.com/noticia/premiado-com-nobel-grafeno-promete-ser-tecnologia-do-futuro  
  4. http://pt.wikipedia.org/wiki/Sil%C3%ADcio  
Renato Cunha

Deixe uma resposta