Grafeno

GRAFENO

Beatriz Palhano; Fabio Augusto Dutra; Leandro Lucas; Patrícia Racilan Andrade

Orientadora: Profª. Dra. Ivana Silva Lula

Curso de Engenharia Química, Centro Universitário de Belo Horizonte – Uni BH. Belo Horizonte, MG.

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Resumo: O grafeno é um material composto por átomos de carbonos dispostos em forma de colméia (hexagonal), mas que apresenta a característica de possuir apenas um átomo de espessura. é uma material flexível e possui resistência mecânica maior do que o aço, é transparente e condutor de energia elétrica e ainda possui alta condutividade térmica. Pode ser utilizado na forma de folhas, nanotubos ou esfera. Ainda não foi desenvolvido algum método para fabricação do grafeno em escala industrial. Porém os métodos laboratoriais estão cada vez mais refinados. As áreas potenciais para o grafeno são praticamente ilimitadas, desde a usos medicinais a aplicações bélicas. Diversos países do mundo estão investindo cada vez mais no grafeno e suas aplicações, destacando-se entre eles estados unidos, Inglaterra, china e coréia do sul. Empresas como IBM e Samsung já possuem centenas de patentes relacionadas ao grafeno. Estima-se que apenas no último ano mais de dez mil monografias sobre este material foram elaboradas. No Brasil diversas universidades estão com pesquisas em estágio avançado. Dentre estas instituições destaca-se a Universidade Mackenzie em São Paulo que possui em fase de execução um projeto para o mackgrafe, um centro de pesquisa de mais 6500 metros quadrados com equipamentos extremamente sofisticados. O grafeno por estas características encabeça uma nova fase na indústria, cujo principal elemento é nanotecnologia.

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1. INTRODUÇÃO

A nanotecnologia é o estudo de manipulação da matéria em escala nanométrica (10-9 metros). A nanotecnologia tem revolucionado o mundo científico e tecnológico nos últimos 20 anos, desenvolvendo estudos através da criação e construção de estruturas e novos materiais a partir dos átomos (SILVA, 2011).

Atualmente, diversas técnicas e ferramentas estão em desenvolvimento com o objetivo de promover e amplificar a capacidade de manipular átomos e moléculas nas quantidades e combinações desejadas (SILVA, 2011). Neste contexto, as nanoestruturas de carbono vêm revelando diversas aplicações e tem desempenhado um papel significativo na ciência de nanomateriais, devido à diversidade de suas formas estruturais e propriedades peculiares (KHOLMANOV, 2010).

O grafeno é um nanomaterial flexível, resistente e forte, que pode ser cogitado para os mais variados usos, que estão sendo pesquisados e alguns já patenteados. As áreas potenciais para o uso do grafeno são amplas, indo desde a eletrônica até equipamentos médicos e medicamentos (YOKOTA, 2013).

Em 2004, estudando possíveis saídas para o esgotamento da Lei de Moore (criada, em 1965, pelo cientista Gordon E. Moore, um dos fundadores da Intel, previu que, a cada dois anos, a capacidade de armazenamento e velocidade dos hardwares dobraria) Geim e Novoselov, dois físicos russos que atuam na Universidade de Manchester, na Inglaterra, iniciaram experiências com o grafeno, este nanomaterial que já era conhecido desde 1930, porém seu uso ainda era de baixa tecnologia, como a utilização em lubrificante e para produção de grafite.

Isolando partículas cada vez menores do material, até chegar a dimensões imperceptíveis a olho nu, Geim e Novoselov chegaram a um material, bidimensional, como uma folha de papel, composto por átomos de carbono densamente alinhados em uma rede cristalina com formato hexagonal (PINHEIRO, 2012).

Devido ao grafeno possuir características bidimensionais, ele pode formar uma esfera (fulereno) ou um tubo (nanotubo). Se muitas dessas folhas forem empilhadas, teremos o grafite tridimensional, como já se conhece através dos grafites de lápis e lapiseiras (BALUCH, WILSON, MILLER, 2010).

Figura 1 – Estruturas do grafeno - Fonte: LUZ, 2013.

A partir destes isolamentos do grafenos pôde-se verificar que além de possuir propriedades eletrônicas excepcionais, as propriedades térmicas e mecânicas e de alta condutividade dos grafenos iriam oferecer à indústria uma alternativa potencial ao silício e ao diamante, pois substituíram com grande eficiência o silício em transistores e processadores diminuindo seus tamanhos físicos e aumentando suas capacidades de transmissão e armazenamentos de dados e ainda poderiam ser utilizados no lugar do diamante em brocas de perfuratrizes, sendo estes apenas algumas possibilidades de aplicações rapidamente identificadas através de análises das propriedades físico-químicas do grafeno (FRAZIER; SRINIVASAN; SARASWATHI, 2009). Entretanto, muitos métodos de síntese tenham sido desenvolvidos para o grafeno, a qualidade, e a escala de produção ainda precisam de aperfeiçoamento (DONG, CHEN, 2010).

Com as pesquisas em aplicações e isolamentos do grafeno, o Brasil empenha-se pela ponta na corrida tecnológica mundial. O Centro de Pesquisas em Grafeno da Universidade Presbiteriana Mackenzie localizada em São Paulo vai estudar suas aplicações, uma iniciativa que o Brasil tende a multiplicar. Isso pode modificar positivamente a economia e posicionar o Brasil na vanguarda da aplicação do grafeno, como por exemplo, em telecomunicações.

2. REFERENCIAL TEÓRICO

2.1. SÍNTESE

O método da esfoliação do grafite de forma mecânica (fita adesiva), porém vários métodos têm sido desenvolvidos a partir de então, na busca de uma síntese em escala industrial, um deles o CVD (Chemical Vapor Deposition - Deposição de Vapor) (CORREA, 2012), que será apresentado neste trabalho tanto na síntese do nanotubos, quanto na folhas de grafeno.

CVD - Nanotubo

O método para obtenção de nanotubos de carbono (NC’s) por CVD consiste na decomposição de precursores que contenham carbono na presença de um catalisador nanoparticulado são nanopartículas que possuem dimensão de 1 a 10 nm, e por isso são mais ativos, pois a superfície das partículas está em maior disponibilidade para realizar a catálise. (MAGALHÃES, 2010).

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