ESTUDO DAS PROPRIEDADES DO GRAFENO:DO CONHECIMENTO TEÓRICO AS APLICAÇÕES

Resumo

Na procura de novos materiais para a utilização em complexos de armazenamento de energia, pesquisadores da Universidade de Manchester descobriram o mais recente alótropo do carbono, o Grafeno. Essa descoberta rendeu aos pesquisadores o Nobel em física de 2010. O termo Grafeno se refere ao grafite e o sufixo-eno à dupla ligação existente. O material que incide de uma folha plana de átomos de carbono, constituindo uma camada monoatômica, dispostos em células hexagonais com átomos hibridizados na forma sp, originando um elétron livre por átomo de carbono no orbital p. A estrutura eletrônica do grafeno, além de ser única tem como resultado várias propriedades superiores, tais como resistência mecânica, mobilidade eletrônica, condutividade térmica, boa transparência, flexibilidade inerente, enorme área superficial especifica e a leveza do material. Antes de sua descoberta, o grafeno era considerado utópico, servindo da parte teórica para explicar as outras concepções das outras formas alotrópicas do carbono, porque se acreditava que sua estrutura eletrônica era instável. A superfície demasiadamente cristalina do grafeno presume ser quimicamente estático. A superfície do material normalmente interatua com outras moléculas via adsorção física. Para proporcionar a superfície do grafeno mais reatividade são inseridos defeitos ou grupos funcionais de superfície. Tendo como exemplo a dopagem química, com átomos como B e N e a inserção de grupos funcionais, tais como carboxila, carbonila e grupos amina que consegue regular as propriedades de superfície e eletrônicas do grafeno. A condutividade elétrica (até 2.104 S/cm) e a mobilidade eletrônica (2.105 cm2/V.s) promovidas na monocamada de grafeno são efeitos de uma pequena massa efetiva. Os elétrons em uma única camada de grafeno têm um comportamento como partículas sem massa, movendo-se a uma velocidade de aproximadamente 106 m/s. O Grafeno é o material mais fino e o mais forte já conhecido no mundo. Seu modulo de Young altamente elevado (1TPa) e sua resistência intrínseca é a maior já medida (aproximadamente 130 GPa). Outra propriedade muito útil para as indústrias é a condutividade térmica que em temperatura ambiente pode atingir 5000 W/m.K.O grafeno tem sua área superficial igual à (2600 m2/g), 260 vezes maior que a área superficial do grafite (10 m2/g) e o dobro da área de nanotubos de carbono (1300 m2/g). Suas propriedades ópticas estão conexas com suas propriedades eletrônicas e sua estrutura eletrônica de pouca energia, na qual bandas cônicas se encontram no ponto Dirac. O comportamento do material permite a sintonia de propriedades ópticas extremamente rápidas. Todas as propriedades citadas acima fazem o grafeno como o “material do futuro”. Muitos países estão investindo muito na pesquisa desse material como é o caso da Inglaterra, Israel, Brasil e China. A Universidade de Manchester aposta em uma nova revolução tecnológica por causa desse material.