Elemento químico da família do carbono, considerado o mais fino e o mais resistente do mundo
O grafeno é um material revolucionário que tem atraído muita atenção nos últimos anos. É uma forma de carbono, composta por uma camada única de átomos organizados em uma estrutura hexagonal. O grafeno é uma das formas alotrópicas do carbono, assim como o grafite e o diamante. Portanto, um milímetro de grafite contém três milhões de camadas de grafeno. É extremamente forte, leve, flexível e possui propriedades elétricas e térmicas excepcionais.
Descoberto em 2004 por Andre Geim e Konstantin Novoselov, que receberam o Prêmio Nobel de Física em 2010 por essa descoberta, o grafeno chamou a atenção da comunidade científica devido às suas propriedades extraordinárias. Desde então, tem sido objeto de intensa pesquisa em todo o mundo, com a esperança de que suas propriedades únicas possam levar a avanços significativos em áreas como eletrônica, energia, medicina e materiais.
O grafeno possui uma série de propriedades notáveis, como alta condutividade elétrica e térmica, resistência mecânica excepcional, transparência óptica e uma área de superfície extremamente grande. Além disso, é flexível, leve e quase impermeável, tornando-o um material versátil e promissor para uma ampla gama de aplicações.
Atualmente, as aplicações do Grafeno são diversas, desde a eletrônica até a produção de materiais compostos mais resistentes e leves, passando por células solares mais eficientes e baterias mais duráveis. O Grafeno pode ser utilizado na produção de transistores de alta velocidade e baixo consumo de energia, o que pode transformar o mercado de eletrônicos e trazer benefícios para a indústria de um modo geral.
Aplicações e Impactos
Segundo a Gartner, em um estudo sobre as novas tecnologias disruptivas, os CIOS (Lideres Executivos de TI) devem considerar novos cenários possibilitados por tecnologias baseadas em grafeno e começar a identificar fornecedores emergentes. “As disrupções são mudanças fundamentais que criam mudanças duradouras e, sem dúvida, as organizações bem-sucedidas serão aquelas que estiverem preparadas para enfrentá-las”, alerta David Yockelson, Analista e Vice-Presidente do Gartner. “Precisamos continuar perguntando ‘e se’ para permanecermos abertos às oportunidades apresentadas pelas interrupções”, diz o analista.
O grafeno possui um enorme potencial para transformar várias indústrias. Na eletrônica, por exemplo, pode ser usado em transistores ultrarrápidos, circuitos integrados flexíveis e displays transparentes. Na área de energia, o grafeno pode ser aplicado em baterias de alta capacidade, células solares eficientes e sistemas de armazenamento de energia. Além disso, o grafeno tem demonstrado promessa em aplicações médicas, como dispositivos de diagnóstico avançados, engenharia de tecidos e entrega de medicamentos.
Propriedades únicas do Grafeno
Embora o grafeno seja geralmente considerado uma única camada de carbono, existem diferentes formas e estruturas derivadas dele. O grafeno monoatômico, por exemplo, é o grafeno puro, enquanto o grafeno funcionalizado é obtido através da introdução de diferentes elementos ou grupos químicos em sua estrutura. Outras variações incluem o grafeno bi ou multilaminado, que consiste em várias camadas empilhadas.
Além das variações mencionadas, também existem outros tipos de grafeno, como o grafeno grafita, que é obtido a partir da oxidação controlada da grafita, e o grafeno epitaxial, produzido através do crescimento do grafeno em superfícies de outros materiais, como o silício. Cada tipo de grafeno apresenta propriedades e características específicas, permitindo sua aplicação em diferentes áreas
Alguns exemplos de aplicações eletrônicas do grafeno são:
:Propriedades do Grafeno e suas aplicações:
- Transistores de Grafeno: O grafeno possui alta mobilidade eletrônica, permitindo a fabricação de transistores ultrarrápidos. Esses transistores podem ser utilizados em circuitos eletrônicos de alta velocidade e baixo consumo de energia.
- Telas e Dispositivos Flexíveis: A flexibilidade do grafeno torna-o ideal para aplicações em telas flexíveis e dispositivos eletrônicos dobráveis. Isso possibilita a criação de dispositivos eletrônicos portáteis e flexíveis, como smartphones e wearables.
- Fotodetectores e Fotocélulas: O grafeno é altamente sensível à luz e pode ser usado em fotodetectores e fotocélulas de alta performance. Isso é especialmente útil em aplicações como sensores de imagem, comunicação óptica e energia solar.
- Circuitos Integrados: O grafeno pode ser utilizado na fabricação de circuitos integrados de alta densidade e velocidade, superando as limitações dos atuais circuitos de silício. Isso possibilita a criação de sistemas eletrônicos mais eficientes e avançados.
- Baterias: O grafeno pode ser utilizado na produção de baterias mais eficientes e duráveis, devido à sua alta condutividade elétrica e capacidade de armazenamento de energia.
- Sensores Avançados: O grafeno é extremamente sensível a mudanças no ambiente, o que o torna ideal para a fabricação de sensores de alta sensibilidade. Esses sensores podem ser utilizados em diversas aplicações, como detecção de gases, monitoramento ambiental e diagnóstico médico.
Esses são apenas alguns exemplos de aplicações eletrônicas do grafeno, e a pesquisa nessa área está em constante evolução. O potencial do grafeno para revolucionar a eletrônica é imenso, e seu desenvolvimento contínuo certamente trará avanços significativos em tecnologia nos próximos anos.
Grafeno no Brasil
De acordo com uma pesquisa realizada pela FAPESP, o Brasil possui a terceira maior reserva de grafite do mundo, cerca de 1/3 das reservas mundiais. Essa vantagem, aliada ao crescente interesse científico e tecnológico, tem impulsionado o desenvolvimento de estudos e pesquisas avançadas sobre o grafeno em instituições de pesquisa e universidades brasileiras.
O governo brasileiro tem incentivado a pesquisa e a inovação tecnológica relacionadas ao grafeno por meio de programas e financiamentos. O objetivo é fomentar a transferência de conhecimento científico para o setor industrial, promovendo a adoção e a exploração comercial do grafeno em diversas áreas.
Diversas instituições acadêmicas e centros de pesquisa no Brasil têm se dedicado ao estudo e desenvolvimento de aplicações do grafeno. Essas instituições têm investido em infraestrutura laboratorial, colaborações internacionais e formação de recursos humanos qualificados para impulsionar a pesquisa e o desenvolvimento do grafeno no país.
Em 9 de Julho de 2021 foi assinada a portaria MCTI n° 4.964, que Institui, no âmbito do Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovações (MCTI), o Programa de Inovação em Grafeno, denominado InovaGrafeno – MCTI, como um dos programas estratégicos e estruturantes da Iniciativa Brasileira de Nanotecnologia (IBN). No mesmo dia foi inaugurada a primeira e maior fábrica de grafeno em escala industrial da América do Sul, com capacidade de produção de até cinco mil quilos de grafeno de alta qualidade por ano.
Embora ainda haja desafios a serem superados, como a escala de produção e os custos de fabricação, o Brasil tem se consolidado como um importante player na pesquisa e desenvolvimento do grafeno. A evolução do grafeno no país está sendo impulsionada pela colaboração entre instituições de pesquisa, setor industrial e governo, visando transformar descobertas científicas em inovações tecnológicas com impacto econômico e social.
O futuro do grafeno no Brasil é promissor, com expectativas de contribuir para a competitividade da indústria nacional, a geração de empregos qualificados e o avanço tecnológico em diversas áreas estratégicas.
Por que o Grafeno ainda não se tornou realidade?
Se o grafeno é tão impressionante, por que ainda não temos uma produção em larga escala? Por que o método pelo qual o grafeno é desenvolvido hoje é a deposição química de vapor e a trituração do grafeno em óxido de grafeno para sua subsequente redução química. Ambas as alternativas são muito caras e requerem o uso de materiais muito agressivos e poluentes para processamento.
Em uma matéria publicada pela revista Pesquisa FAPESP, o físico Thoroh de Souza, criador do Centro de Pesquisas Avançadas em Grafeno, Nanomateriais e Nanotecnologias (MackGraphe) da Universidade Presbiteriana Mackenzie, em São Paulo, diz que produzir grafeno em escala e manter a qualidade do material é um grande feito, mas é apenas o primeiro elo da cadeia produtiva. Apoiado pela FAPESP, o MackGraphe foi o primeiro centro de pesquisa sobre o material na América Latina, criado em 2013.
O passo seguinte, introduzir o grafeno na formulação de produtos, também não é trivial. “É preciso muito trabalho para converter as propriedades adequadas do grafeno para cada produto e de uma forma que esses produtos façam diferença na vida das pessoas”, diz o pesquisador. Executar essa tarefa inspirou Souza a criar a startup Dream Tech Nanotechnology. Em operação desde julho de 2018, ela desenvolve aplicações de grafeno customizadas para possíveis clientes industriais – até o momento tem elaborado projetos nas áreas de cosméticos e automotiva. Segundo Souza, as possibilidades de novas aplicações para o grafeno são inúmeras. “Em breve teremos produtos high tech concebidos com o uso do grafeno, como células solares e sensores de inteligência artificial”, afirma. (Pesquisa FAPESP)
Uma das últimas esperanças surge da Universidade de Rochester, onde pesquisadores descobriram uma bactéria chamada Shewanella, capaz de produzir grafeno de forma mais rápida e econômica, além de ser mais respeitosa com o meio ambiente.
Além disso, um trabalho muito interessante está sendo realizado na Universidade de Cambridge. Eles conseguiram projetar folhas de grafeno com até 20 centímetros de diâmetro, compostas por uma única camada atômica de carbono.
Na mesma linha, pesquisadores da Rice University conseguiram obter grafeno de alta qualidade a partir de açúcar comum aquecido a 800 graus Celsius.
Por fim, o MIT, um dos centros mais dedicados à pesquisa do grafeno. Um de seus últimos avanços é a produção de pequenos flocos de grafeno comprimido usando uma combinação de calor e pressão. Esse processo resultou em uma estrutura forte e estável, que se assemelha a corais e criaturas microscópicas chamadas diatomáceas. Esses designs, que possuem uma enorme área de superfície em relação ao seu volume, mostraram-se notavelmente resistentes.
Com esses avanços promissores, podemos vislumbrar um futuro em que o grafeno se torne uma realidade prática em nossas vidas. Através dessas descobertas, estamos mais perto de superar os desafios e aproveitar os benefícios desse material revolucionário, que promete transformar diversos setores, desde eletrônicos e energia até medicina e materiais de construção. Portanto, mesmo diante dos obstáculos, podemos manter a esperança de que o grafeno em breve estará presente em nosso cotidiano.
Considerações finais
O grafeno é uma das descobertas mais empolgantes e promissoras da ciência e da tecnologia nas últimas décadas. Suas propriedades notáveis e versatilidade o tornam um material revolucionário com aplicações em diversos campos. No entanto, ainda há desafios a serem superados, como a escala de produção em larga escala e a redução de custos. A pesquisa e o desenvolvimento contínuos de tecnologias relacionadas são fundamentais para aproveitar todo o potencial do grafeno e transformar sua aplicação em realidade, abrindo caminho para uma nova era de avanços tecnológicos.
O grafeno emergiu como um dos materiais mais promissores e revolucionários do século 21, apresentando propriedades únicas e aplicações inovadoras em diversas áreas da tecnologia. No cenário global, o grafeno tem sido objeto de intensas pesquisas e investimentos, impulsionando avanços tecnológicos e criando novas oportunidades em setores como eletrônicos, energia, medicina e materiais avançados. Sua alta condutividade elétrica, resistência mecânica e flexibilidade o tornam um material versátil, capaz de superar as limitações dos materiais tradicionais.
No Brasil, o grafeno também tem ganhado destaque, impulsionado por uma rica reserva de grafita e pela dedicação de instituições de pesquisa e centros acadêmicos. O país tem investido em estudos avançados, infraestrutura laboratorial e formação de recursos humanos qualificados, visando impulsionar a pesquisa e o desenvolvimento de aplicações do grafeno.
A evolução do grafeno no Brasil traz perspectivas animadoras para a indústria nacional, com potencial para impulsionar a competitividade, a geração de empregos qualificados e a inovação tecnológica. O país está se consolidando como um importante player na pesquisa e desenvolvimento do grafeno, buscando a transferência de conhecimento científico para o setor industrial e a exploração comercial desse material revolucionário.
Contudo, é importante ressaltar que o grafeno ainda enfrenta desafios, como a escala de produção em larga escala e a redução de custos de fabricação. Superar esses desafios exigirá esforços contínuos de pesquisa, desenvolvimento e colaboração entre diferentes protagonistas, incluindo governos, indústrias e instituições acadêmicas.
Olhando para o futuro, é possível vislumbrar um mundo impulsionado pelo grafeno, com avanços tecnológicos significativos e aplicações transformadoras em diversas áreas. O grafeno tem o potencial de revolucionar a eletrônica, a energia, a medicina e muitas outras indústrias, melhorando a qualidade de vida, a sustentabilidade e abrindo caminho para novas descobertas científicas.
Em geral, o grafeno representa uma promessa revolucionária no mundo da tecnologia, e o Brasil está se posicionando para fazer parte dessa jornada. O país tem avançado na pesquisa e no desenvolvimento de aplicações do grafeno, buscando transformar descobertas científicas em inovações tecnológicas que impulsionem a economia e beneficiem a sociedade como um todo. Com esforços, o futuro do grafeno tanto no Brasil quanto no mundo é promissor e cheio de possibilidades extraordinárias.
Artigo retirado integralmente do link abaixo da Prodesp, e lá você consegue outras informações:
Rodrigo Martuchi – 02/06/2023
Gerência de Marketing e Gestão de Portfólio – GMP
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