Nanotecnologia

Grafeno: material do século XXI

Vilma Homero - Faperj - 14/03/2013

Computadores, celulares, equipamentos de aviônica - a eletrônica para a aviação -, ou sistemas de controle no painel de automóveis, todos eles têm algo em comum: o uso do silício em seus componentes eletrônicos.

Mas a escala cada vez mais reduzida desses sistemas está sinalizando para os limites no uso do silício. E um dos mais fortes candidatos a essa substituição é o grafeno, que tem como uma de suas grandes vantagens a possibilidade de ser empregado em escala nano.

Não é à toa que pesquisadores do mundo inteiro, sobretudo norte-americanos e de países da Comunidade Europeia, estão voltando seus estudos para o grafeno, que está sendo considerado como o material do século XXI.

Na Pontifícia Universidade Católica (PUC-Rio), a equipe de Fernando Lázaro Freire Júnior, diretor do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), traz sua experiência de trabalhos com nanotubos para as pesquisas com o grafeno, procurando explorar o potencial que ele representa para a área de nanotecnologia.

"O grafeno foi observado experimentalmente em 2005, na Universidade de Manchester, na Inglaterra. Em 2010, os russos Konstantin Novoselov e Andre Geim ganharam o Nobel da Física com seus estudos revolucionários sobre o grafeno. O potencial de aplicações em futuras tecnologias levou a Comunidade Europeia a investir 1 bilhão de euros, em 10 anos, no projeto grafeno. Para nós, da PUC-Rio, que passamos os últimos anos estudando as propriedades eletrônicas, mecânicas e de síntese dos nanotubos, passar a estudar o grafeno foi um passo natural", afirma o pesquisador.

O grafeno é uma folha plana de átomos de carbono, densamente compactados, reunidos em uma estrutura bidimensional. Se for enrolado na forma de um canudo, recebe o nome de nanotubo de carbono. Trabalhado para formar uma bola, é conhecido como fulereno.

Suas propriedades elétricas permitem pensar na fabricação de detectores de luz mais eficientes e células solares que potencialmente poderão aproveitar todo o espectro solar para gerar energia.

Transístor de grafeno abre caminho para processadores reconfiguráveis

"Em tese, circuitos integrados ou processadores poderiam superar os 500 GHz. Mas o silício trabalha abaixo de 5 GHz, enquanto o grafeno, que se mostra um excelente condutor, possibilita criar equipamentos cada vez mais compactos, rápidos e eficientes. Como exemplo, pode-se citar que a criação em laboratório de supercapacitores foi possível a partir do grafeno, que pode ser empregado em baterias, com capacidade de carregar mil vezes mais rápido que as baterias atuais", compara Lázaro Freire.

Mais simples do que o nanotubo, o grafeno como material pode ser desenhado em cima de dispositivos eletrônicos. Como afirma Lázaro Freire, "ele pode ser trabalhado no potencial desse dispositivo".

Grafenos dão passo à frente dos nanotubos

Segundo o pesquisador, a técnica de produção de grafeno desenvolvida pelos cientistas russos permite amostras de grafeno de boa qualidade, mas muito pequenas, de difícil manuseio.

"Por isso, sintetizamos o grafeno não apenas procurando dominar o método já conhecido, como trabalhando com técnicas químicas de crescimento, para obter amostras maiores."

Para isso, Lázaro Freire utiliza um forno e uma folha de cobre, superfície sobre a qual o grafeno produzido se deposita como uma fina película. A partir daí, o grafeno produzido precisa ser transferido. "Fazemos a transferência, 'pescando' a película de grafeno empregando fibra ótica ou um polímero".

No caso da fibra óptica, sua aplicação em geral é na área de telecomunicações. No caso do polímero, essa combinação pode ser empregada como absorvedor de radiação eletromagnética na faixa de micro-ondas, trabalhos que vem sendo desenvolvidos em conjunto com pesquisadores do Centro de Telecomunicação da PUC e da Marinha.

Grafeno multiplica energia da luz

Outra inovação em que a equipe de Lázaro Freire está trabalhando, além da transferência, é a introdução de outros elementos para mudar as propriedades eletrônicas do grafeno, de acordo com o emprego que terá.

"Estamos trabalhando com boro e fósforo. Em ambos os casos, a mudança é na condutividade elétrica. Ou seja, tanto com o boro quanto com o fósforo, torna-se possível controlar as propriedades elétricas do grafeno para, por exemplo, projetar dispositivos nanoeletrônicos.

"Cada vez mais, os circuitos de computadores estão se tornando mais sofisticados, mais reduzidos, à base de nanotecnlogia. Essa é exatamente a limitação do uso do silício, que a partir de determinadas dimensões, os dispositivos produzidos à base de silício simplesmente deixam de funcionar", resume Lázaro Freire.

Tudo isso só faz crescer a expectativa de que grafeno efetivamente se torne um dos elementos fundamentais do século XXI.