Material encanta cientistas pelo mundo todo e
várias aplicações vêm sendo descobertas para ele. Será que o grafeno vai
mesmo invadir o mundo da tecnologia?
Pesquisadores da Universidade de Manchester trabalhando com o grafeno (Fonte da imagem: Divulgação/Universidade de Manchester)
Se você acompanha de forma regular tudo o que postamos aqui no
Tecmundo, você com certeza já leu algum artigo sobre o grafeno. Não é
para menos, pois atualmente esse nanomaterial é a grande vedete dos
estudos tecnológicos. E, acredite, toda a empolgação dos cientistas – e
também das grandes empresas – sobre a descoberta pode ser facilmente
justificável.
A Nokia, por exemplo, anunciou recentemente que investiria mais de um bilhão de dólares
em estudos envolvendo o grafeno, dinheiro que é, inclusive, oriundo de
um fundo criado para financiar trabalhos desenvolvidos exclusivamente
sobre o material.
As propriedades do grafeno são únicas e, ao que tudo indica, podem
ser aplicadas em diversos usos diferentes. Ele é ultraleve, é 100 vezes
mais rápido que o silício, se mostra 200 vezes mais forte do que o aço e
tem diversas características ópticas e térmicas que, pelo menos nos
testes básicos, são surpreendentemente favoráveis a diversas aplicações.
Assim, enquanto em alguns casos o material pode baratear custos, em
outros ele vem se mostrando capaz de apresentar resultados mais
eficientes e confiáveis. Mas, afinal de contas, de quais aplicações
estamos falando?
Crucial para o futuro da tecnologia
O grafeno tem sido considerado por algumas companhias como um dos
salvadores do futuro da tecnologia. Por quê? Bem, os cientistas vêm se
desdobrando para conseguir desenvolver circuitos de silício cada vez
menores, um desafio que pode se tornar impossível de ser superado dentro
de pouco tempo.
Grafeno sendo extraído (Fonte da imagem: Reprodução/Universidade de Manchester)
Isso acontece devido ao fato de que, quanto menores são os ambientes
de trabalho, mais instáveis os elétrons acabam ficando – comportando-se
mais ou menos como uma gota de água que cai em cima de uma chapa
superquente.
E é aí que o grafeno entra. Muitos pesquisadores acreditam que as
propriedades quânticas do material permitirão que os novos circuitos
fabricados com ele sejam menores e ainda mais eficientes.
Melhor qualidade de áudio
A criação de fones de ouvido com qualidade nunca antes vista é a
prova de que a aplicação do grafeno pode abranger diversos ramos
diferentes da tecnologia. A ideia partiu de alguns pesquisadores da
Universidade da Califórnia, que desenvolveram o primeiro fone de ouvido de grafeno do planeta.
Fones cheios de qualidade sonora (Fonte da imagem: Reprodução/ExtremeTech)
O que eles fizeram foi recriar a tradicional estrutura de um
alto-falante, aproveitando todas as propriedades revolucionárias do
material. Trocando em miúdos, sabemos que um alto-falante tradicional
trabalha com a vibração de um diafragma de papel; é a sua movimentação
que produz as frequências sonoras. O problema é que ele precisa contar
com “amortecedores”, além de se desgastar com o tempo e não ter 100% de
fidelidade.
O invento dos cientistas traz um diafragma feito de grafeno e que
possui apenas 30 nanômetros de espessura. Preso entre dois eletrodos de
silício (são eles que permitem a vibração do material para a produção do
som), ele se mostrou incrivelmente resistente e fiel, trazendo uma
qualidade de áudio próxima à dos principais produtos atualmente no
mercado – isso que estamos falando de um protótipo extremamente rústico.
Uma internet bem mais veloz
Entre os estudos realizados com o grafeno existem também alguns
trabalhos que visam aplicar o material em uma nova espécie de cabo de
transmissão de dados para a internet. Segundo uma pesquisa publicada
pela revista Nature Communication, a ideia é aproveitar toda a
velocidade alcançada pelos elétrons no grafeno – as células se movem
nele centenas de vezes mais rapidamente do que nos cabos atualmente
utilizados.
Internet bem mais rápida (Fonte da imagem: Reprodução/iStock)
Valendo-se de uma combinação do grafeno com algumas minúsculas
estruturas metálicas conhecidas como nanoestruturas plasmônicas, os
cientistas conseguiram fazer com que o material seja capaz de absorver
mais luz – algo que era o principal obstáculo na utilização do grafeno
nesse tipo de trabalho.
O estudo foi conduzido em 2011 e na equipe estão inclusive os dois
cientistas russos que descobriram o grafeno em 2010, Andre Geim e Kostya
Novoselov. Assim, novidades nesse sentido deverão surgir nos próximos
anos.
Já em outra pesquisa, essa feita pelos cientistas da Universidade de Berkeley, na Califórnia, descobriu-se que talvez o segredo
não esteja nos cabos, mas sim nos moduladores de rede – equipamento responsável por gerenciar o envio dos pacotes na internet.
No trabalho, liderado pelo professor de engenharia Xiang Zhang, o
grupo de estudo construiu um modulador com capacidade de transmissão
muito superior à dos atuais. De acordo com eles, a invenção pode elevar a
velocidade da transmissão de dados a taxas que chegam aos 100 terabits.
Pode limpar a água
Além de servir para a evolução dos mais diversos equipamentos
eletrônicos, o grafeno também apresenta diversas outras aplicações –
como purificar a água, por exemplo, inclusive transformando a água
salgada em potável. A ideia é simples e segue os mesmos princípios dos
filtros tradicionais.
Reprodução artística de uma folha de grafeno (Fonte da imagem: Reprodução/Universidade de Manchester)
O processo, criado por pesquisadores do Massachusetts Institute of Technology (MIT), consiste em fazer com que a água salgada passe por dentro de um filtro
extremamente fino e construído com grafeno. Nele, somente as moléculas
do líquido podem passar, ou seja, ele é capaz de reter todo o sal
presente nele.
Além do sal, o grafeno também tem se mostrado eficiente na hora de eliminar outros elementos da água – inclusive a radioatividade.
Um trabalho desenvolvido em conjunto pela Universidade Rice, nos EUA, e
pela Universidade Estatal de Moscou, na Rússia, mostrou que o óxido de
grafeno pode ser utilizado para eliminar materiais radioativos do
líquido.
Limpando a água contaminada (Fonte da imagem: Reprodução/Universidade Rice)
Tudo porque ele seria capaz de fazer com que as toxinas presentes na
água acabem se aglomerando, criando grandes flocos de “sujeira”. Isso
tornaria bem mais fácil o trabalho de identificar e eliminar esse tipo
de poluição. Só é preciso cuidado, pois a água com grafeno também pode
se transformar em algo extremamente corrosivo.
Baterias mais eficientes
As baterias são um dos campos de estudo mais abordados pelas
universidades do mundo todo quando o assunto é o grafeno. As
propriedades do material vêm sendo aplicadas de diversas maneiras – e
vários resultados bem positivos já apareceram em testes relativamente
simples.
Algumas descobertas vêm acontecendo até mesmo por acaso. Recentemente, um aluno da UCLA,
nos Estados Unidos, buscava novas maneiras de fabricar folhas de
grafeno. Enquanto realizava as suas experiências, ele acabou, sem
querer, descobrindo uma forma de criar um supercapacitor. Basicamente
ele criou um disco de grafeno que, com apenas dois segundos de carga,
conseguiu manter um LED aceso por cinco minutos.
Já alguns engenheiros da Universidade de Stanford, também nos EUA,
pegaram um modelo antigo de bateria de níquel e aço e simplesmente
substituíram o carbono, um dos elementos presentes na solução
responsável por fazer a condução de energia, por grafeno. Com isso, eles
conseguiram fazer com que a bateria tivesse a sua carga totalmente
completada em poucos minutos – acelerando a recarga do dispositivo em
“apenas” mil vezes.
Baterias flexíveis (Fonte da imagem: Reprodução/RSC)
Ainda em 2011, logo após a “descoberta” do grafeno, pesquisadores do
KAIST (Korea Advanced Institute of Science and Technology) já
trabalhavam em uma bateria usando o material. Segundo os coreanos, uma bateria flexível
poderia apresentar um desempenho muito bom – além de ser útil para os
gadgets dobráveis que vêm sendo desenvolvidos pelas grandes companhias
de eletrônicos.
E as ideias não param por aí. Cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, nos Estados Unidos, criaram um nanocomposto de grafeno com estanho que deu forma a alguns eletrodos bem mais potentes do que os usados atualmente.
Novas baterias (Fonte da imagem: Reprodução/Universidade Northwestern)
Enquanto isso, na Universidade Northwestern, também nos EUA, os
estudiosos trabalham no desenvolvimento de baterias com um conceito
inovador. Elas contariam com várias camadas de grafeno(vírgula)
e o íon de lítio seria inserido entre essas “lâminas”. O resultado,
segundo o trabalho, seria algo capaz de fazer esses componentes durarem
até dez vezes mais do que as baterias utilizadas atualmente.
Novos semicondutores, circuitos, chips...
Uma das principais indústrias que estão de olho no desenvolvimento
das tecnologias do grafeno é a de semicondutores. Isso porque várias das
propriedades do material são muito interessantes para a criação desse
tipo de produto.
Buscando novas tecnologias (Fonte da imagem: Reprodução/SammyHub)
O grafeno possui 200 vezes mais mobilidade de elétrons do que o silício usado nos componentes atuais, por exemplo. Tal característica, segundo o Advanced Institute of Technology (SAIT), seria capaz de produzir, por exemplo, processadores com até 300 GHz de frequência.
Enquanto isso, os cientistas da Universidade de Wisconsin-Milwaukee,
nos EUA, trabalham no desenvolvimento de transistores com base em um
submaterial obtido a partir do grafeno: o monóxido de grafeno. A
principal vantagem do novo material seria a sua versatilidade, uma vez
que ele consegue ser isolante, condutor e semicondutor. Já os
pesquisadores na Universidade de Cambridge, na Inglaterra, descobriram
que o grafeno pode ser utilizado para a criação de transistores transparentes.
Nanochips também estão sendo estudados – e algumas pesquisas
conduzidas pelo MIT (Massachusetts Institute of Technology) mostram que o
DNA pode trabalhar em conjunto com o grafeno no desenvolvimento de novas e revolucionárias tecnologias.
O DNA e o grafeno. Uma combinação perfeita? (Fonte da imagem: Reprodução/Wikimedia Commons)
Falando de forma mais simplificada (se é que isso é possível), os
cientistas descobriram que uma simples molécula de DNA pode servir como
uma espécie de forma para o grafeno, algo que teoricamente tornaria
possível a impressão dos circuitos.
Mais, muito mais
Além dos tópicos apresentados nesse artigo, o grafeno ainda tem um
potencial de uso praticamente infinito. A cada dia novas pesquisas
envolvendo o material aparecem, incluindo a criação de roupas, novas e
melhores telas com sensibilidade a toques ou o desenvolvimento de
materiais superleves e resistentes.
Estimativas apontam que produtos utilizando o material podem aparecer
antes de 2020, incluindo telas touchscreen e diversos outros
equipamentos. Será que essa descoberta se confirmará mesmo
revolucionária?
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