Que fim levou o grafeno?

Provavelmente você já ouviu falar do grafeno não é o material super resistente que foi descoberto no último século e prometeu revolucionar o mundo em praticamente todas as áreas tecnologia aeronáutica medicina exploração espacial e até na forma como nos vestimos tudo indicava que esse derivado da grafite que pode ser encontrado em qualquer lápis comum iria ser tão ou ainda mais transformador que o plástico e o Lício que produziram saltos gigantescos em nossas vidas Mas apesar do rebuliço que o grafeno gerou há alguns anos atrás nós quase não estamos ouvindo falar sobre ele o que fez muitos

se questionarem sobre o que poderia ter acontecido Será que ele não era tão revolucionário Como prometido ou será que ainda não fomos capazes de produzi-lo em larga escala e por isso seu potencial permanece adormecido Afinal de contas que fim levou o grafeno vamos entender ISO melhor para quem não está familiarizado com sua história o grafeno é um material produzido partir da grafite um mineral extraído de jazidas e que pode encontrado em objetos comuns como um lápis escolar por exemplo ah antes que vocês estranhem O correto é diz a grafite quando estamos falando do mineral o

grafite é a arte de rua estampada nos muros da cidade dito isso vamos em frente tanto o grafeno quanto a grafite e o diamante são compostos por átomos de carbono um dos mais abundantes na natureza mas como um único átomo é capaz de dar origem a materiais tão diferentes a grafite é pouco resistente e deixa marcas quando esfregamos no papel por isso é possível usá-la para escrever já O diamante é o minério mais duro que conhecemos usado inclusive para perfurar outros materiais resistentes como rochas e similares a explicação para isso está nas ligações os diamantes

são formados por carbonos que se ligam com outros quatro átomos de carbono numa estrutura tridimensional que não deixa espaços por isso ele é tão resistente já a grafite tem uma estrutura em camadas cada uma sobreposta a outra por ligações frágeis por isso é possível quebrá-la com certa facilidade no entanto as camadas em si individuais são feitas com ligações fortes entre os carbonos o que também gera um material extremamente resistente Este é o grafeno uma espécie de folha de grafite que é dura e flexível ao mesmo tempo e tem literalmente a espessura de um átomo isso

é tão Fino que ele é considerado uma estrutura bidimensional e não tridimensional como estamos acostumados tudo isso foi teorizado em 1947 pelo físico Philip Russell Wallace o primeiro a considerar que esse material poderia existir através dos seus estudos ele levou em consideração a estrutura dos materiais já conhecidos a grafite e o diamante e formulou uma hipótese de que se fosse possível isolar uma única camada da grafite Isso daria origem a um novo elemento super resistente que não ocorre naturalmente porém como a capacidade tecnológica da época era muito limitada Philips não pôde isolar o material para

estudá-lo de [Música] fato isso só foi possível em 2004 Graças aos cientistas Constantin novoselov Russo britânico e André Gin Russo Holandês pesquisadores da Universidade de Manchester na Inglaterra eles estavam estudando o potencial de transmissão de semicondutores como o silício e tiveram a ideia de isolar o grafeno através da esfoliação uma técnica que retira material aos poucos como uma lixa até se obter a quantidade desejada ou necessária para um experimento Mas a forma como eles fizeram isso foi bastante inusitada como você acha que seria possível raspar o material tão delicado como a grafite até obter uma

camada Tão fina que tem literalmente a grossura de um átomo provavelmente seria necessário usar equipamentos avançados e ultra tecnológicos para isso certo não na verdade não o que eles fizeram foi raspar a grafite numa folha comum e grudar uma fita adesiva para retirar um pouco de material depois eles repetiram o processo várias vezes retirando mais e mais matéria a cada passo até que restasse Fin camada de grafite o grafeno dá para imaginar que uma descoberta tão revolucionária seria possibilitada por algo tão trivial quanto um pedaço de fita adesiva e eu não estou brincando quando digo

que foi realmente revolucionário depois de isolar o material os pesquisadores realizaram alguns experimentos e perceberam que além da Resistência prevista por Philip há quase 60 anos antes o grafeno era um excelente condutor elétrico e térmico muito melhor que o cobre o ouro e o silício que usamos atualmente a descoberta rendeu a eles o prêmio Nobel de Física em 2010 a maior honraria do campo científico do mundo nada mal hein foi assim que o graf ficou conhecido pelo mundo deixando de ser apenas um elemento teórico exclusivo dos laboratórios a partir disso as pesquisas simplesmente dispararam todos

queriam explorar o potencial desse componente saber quais seriam as suas capacidades O que poderia ser feito com ele e outras coisas para se ter uma ideia só em 2010 foram publicados cerca de 3.000 estudos ao redor do mundo falando sobre o grafeno algo surreal considerando que foi nesse mesmo ano que ele [Música] surgiu a partir de então passou-se a ter um material forte cerca de 200 vezes mais resistente que o aço que ao mesmo tempo é leve e fino uma única folha de grafeno com apenas uma camada de espessura seria capaz de sustentar o peso

de um elefante sem Se romper uau se empilh armos 3 milhões de camadas O componente teria apenas 1 mm de altura o que faria ele 3 milhões de vezes mais resistentes do que uma folha individual Além disso ele é flexível pode ser mergulhado em líquido sem enferrujar e como vimos conduz eletricidade e calor melhor do que qualquer outro material conhecido por nós sabendo de tudo isso O que poderia ser feito com um elemento tão milagroso como esse é impossível listar todas as possibilidades Mas vamos conhecer algumas delas seria possível por exemplo criar dispositivos móveis como

smartphones e tablets tão finos quanto uma folha de papel além disso eles poderiam ser transparentes e flexíveis o que possibilitaria dobrá-los e guardá-los no bolso o que pode não ser tão útil e prático mas com certeza Faria parecer que estaríamos vivendo num filme de ficção científica provavelmente nossa Internet ficaria mais rápida também em 2013 pesquisadores das Universidades britânicas de bath e exeter criaram interruptores ópticos feitos com base no grafeno que aumentaram em 100 vezes a velocidade de transmissão de dados Além disso cientistas do Instituto DEC da Georgia nos Estados Unidos criaram uma antena extremamente fina

com o grafeno que é capaz de transmitir 128 g de informação em apenas um segundo isso claro considerando que os dispositivos estejam próximos e sem interferências o grafeno também poderá ser aplicado na construção civil aumentando a resistência e a flexibilidade de materiais Como o concreto [Música] na indústria automotiva e aeronáutica deixando componentes de carros e aviões mais leves e robustos e na construção de coisas que até então seriam impossíveis como um elevador espacial capaz de transportar pessoas e suprimentos para lugares próximos a nós como a lua ou a estação espacial internacional mas muito Possivelmente a

maior revolução promovida pelo grafeno será no campo das Baterias e capacitores coisas que exploram principalmente sua excelente condutividade elétrica atualmente a maioria das Baterias que nós usamos são feitas de lítio elas são seguras resistentes e duradouras mas nós já exploramos boa parte do seu potencial quem aí nunca ficou na mão com celular que descarregou no meio do dia e tem receio de investir num carro elétrico que apesar de ser mais potente e menos poluente também pode te deixar na mão por conta da limitação energética isso acontece porque as baterias convencionais armazenam energia de forma química

o que gera uma série de limitações como o tamanho que ela deve ter o tempo que leva para carregar e a quantidade de energia que é possível armazenar mas existe um tipo muito específico de bateria que é muito útil mas ainda não teve todo o seu potencial explorado os capacitores capacitores são capazes de armazenar energia diretamente na forma de um campo elétrico sem utilizar estruturas eletroquímicas para isso eles são rápidos carregam e descarregam em grande velocidade mas não podem armazenar cargas suficientemente grandes para serem usados como de fato isso até a chegada do grafeno super

capacitores feitos de grafeno poderão armazenar grandes quantidades de energia e fazer com que as baterias fiquem ainda menores além de carregarem muito mais rápido já existem testes feitos em smartphones que dão até uma semana de autonomia com apenas 5 minutos de carga e carros que poderão rodar até 800 km antes de serem abastecidos com a nova carga o que levará minutos e não horas como atualmente tudo isso seria realmente incrível não é mas por que então quase não ouvimos falar sobre o grafeno hoje em dia Onde foi parar toda aquela Euforia será que as pesquisas

comprovaram que o material não era lá tudo isso que imaginávamos não pelo contrário os testes conduzidos até então já confirmaram o seu verdadeiro potencial o problema está em fabricar o grafeno em grande escala alta qualidade e baixo custo é por isso que ele ainda não se tornou tão Popular imagine se nós tivéssemos que colar e descolar inúmeras camadas de fita adesiva com grafite para obter apenas alguns nanômetros de grafena seria completamente inviável ampliar esse método para produzir grandes quantidades desse material concorda então o primeiro Desafio Foi criar formas realmente eficientes para fabricar cada vez mais

grafeno e em estruturas cada vez maiores já que não podemos fazer muito apenas com uma folha com um átomo de espessura Pode parecer que estamos atrasados nesse processo Mas isso é algo natural na indústria de materiais algo muito parecido aconteceu com o plástico que agora está presente em praticamente tudo que usamos diariamente e também com o silício que foi o componente essencial para fabricar semicondutores as peças que deixaram os nossos computadores mais rápidos ambos levaram pelo menos 20 anos desde a sua descoberta até um ponto em que era possível fabricar grandes quantidades com custo minimamente

viável e agora 21 anos depois que o grafeno foi isolado pela primeira vez nós estamos quase chegando nesse ponto atualmente existem pelo menos seis formas de se obter o grafeno a partir da grafite cada um tendo suas vantagens e desvantagens essa imagem que está aparecendo na tela nos dá uma boa noção dos principais procedimentos usados atualmente a esfoliação mecânica é uma das principais e consiste em separar as camadas da grafite mecanicamente como os pesquisadores fizeram lá em 2004 por exemplo ela é bastante eficiente em relação ao custo produz grafeno de boa qualidade e alta pureza

porém não é viável para ser expandida em larga escala o método de esfoliação em fase líquida por sua vez insere a grafite em um tubo cheio de solvente e usa a dinâmica dos fluídos para retirar as camadas de grafeno Ou seja é o movimento do líquido que separa as ligações fracas da grafite até permanecerem somente a ligações fortes do grafeno esse processo também gera um produto de alta qualidade e pureza pode ser reproduzida em larga escala mas não tem um bom rendimento O que significa que não é possível produzir tanto grafeno em pouco tempo já

a deposição química a vapor fabrica o grafeno a partir do próprio átomo do carbono em vez de usar a Grafite para isso é necessário esquentar uma placa de cobre a pelo menos 1000º C inserir algum gás que contenha carbono com metano para suplementar a reação assim o cobre age como um catalisador e libera os átomos de carbono que irão formar as monocamadas em sua superfície esse método também produz um grafeno puro e de alta qualidade pode ser feito em grande escala e tem a vantagem de não depender da grafite Como matériaprima já que nem todos

os países possuem jazidas para serem exploradas no entanto ele também não rende grandes quantidades o que limita e muito a sua eficiência em relação ao [Música] custo esses exemplos já nos dão uma ideia dos principais desafios inerentes à produção do grafeno quando conseguimos ir a matéria pura e em larga escala geralmente é um processo lento e caro quando conseguimos fazer de forma rápida e em grandes quantidades normalmente não há muita pureza e se é possível extrair um bom material e de forma relativamente rápida Possivelmente não poderemos ampliar o processo de produção O que inviabiliza o

desenvolvimento em escala Industrial ainda existe uma gravante em tudo isso nenhuma das formas de produzir grafeno conhecidas até então são capazes de criar estruturas estáveis com várias camadas sobrepostas ou os famigerados nanotubos de carbono existe um motivo para esse material não ocorrer naturalmente as ligações que nós estamos buscando simplesmente não existem na natureza por isso é tão desafiador chegar até elas e também é por isso que as recompensas de se investir nesse processo são tão promissoras Mas isso não significa que Estamos parados como vimos as pesquisas que buscam entender melhor as propriedades e possíveis usos

do grafeno estão a todo vapor vários cientistas estão debruçados sobre isso neste exato momento tentando construir baterias mais eficientes tecidos mais robustos e até cabos que seriam capazes de sustentar estruturas espaciais ao mesmo tempo aplicações que não dependem de um material tão puro como a construção civil Que costuma misturar o grafeno no concreto já estão sendo beneficiadas atualmente no entanto outros Campos como estes que citamos ainda precisarão de um pouco mais de tempo até que seja possível usar todo o potencial desse componente a boa notícia é que o preço do grafeno está em queda desde

2015 o que indica que cada vez mais estamos conseguindo produzir em larga escala atualmente na data de produção desse vídeo 1 g de óxido de grafeno custa cerca de R 800 ainda é muito claro mas acredite já foi bem pior as melhores estimativas dão conta de que o mercado do grafeno deverá crescer pelo menos 10 vezes até 2031 o que significa que até lá o material estará bem mais barato o que possibilitará que ele seja ainda mais pesquisado e que Novos Produtos possam finalmente chegar ao consumidor final Mal posso esperar para chegarmos até lá muito

obrigado pela sua companhia sempre muito especial a gente se encontra num próximo vídeo