O grafeno – descoberta incrível !

O grafeno é  um material emergente que poderia mudar a maneira como os componentes eletrônicos são feitos, ajudando a melhorar o desempenho  de computadores. Há pesquisas em todo o planeta.
Somente este mês, os avanços nestes estudos sugerem que poderia-se aumentar a velocidade de internet , servir como um revestimento sensível ao toque e prolongar a vida dos computadores.
É mais forte do que o diamante e conduz eletricidade e calor melhor do que qualquer material já descoberto, e ele provavelmente vai desempenhar um papel importante em muitos produtos e processos no futuro.
Grafeno é feito de uma única camada de átomos de carbono que estão ligados entre si num padrão de repetição de hexágonos.
O grafeno é um milhão de vezes mais fina do que o papel, tão fino que é realmente considerado bidimensional.
O carbono é um elemento extremamente versátil. Dependendo da forma como os átomos estão dispostos, podem produzir diamantes duros ou moles de grafite.

O Padrão de favo de mel em superfície plana concede muitas características incomuns, incluindo o estado de material mais forte do mundo .
O professor de engenharia mecânica da Columbia University , James Hone disse que é “tão forte que seria necessário um elefante, equilibrado sobre um lápis, para quebrar uma folha de grafeno Estas camadas individuais de átomos de carbono fornecem a base para outros materiais importantes. Grafite – ou lápis de chumbo é formada quando você empilha grafeno. Os nanotubos de carbono, que são um outro material emergente, são feitas de grafeno enrolado. Estes são usados ​​em bicicletas, raquetes de tênis e engenharia de tecidos ainda vivo. Como foi descoberto? As chances são boas que você tenha feito grafeno muitas vezes em sua vida. Desenhar uma linha com um lápis e observar pequenos pedaços de grafeno descamando. Mas ninguém tinha as ferramentas e a maneira certa para isolar o grafeno de forma confiável, até o início de 2000.
 

O grafeno foi estudado pela primeira vez, teoricamente, na década de 1940. Na época, os cientistas pensavam que era fisicamente impossível para um material bidimensional existir,sendo assim eles não prosseguir na tentativa de isolar o grafeno. Décadas mais tarde, o interesse voltou e pesquisadores começaram a sonhar com técnicas para desmembrar grafite. Eles tentaram cunhar moléculas entre as camadas de grafeno raspando e esfregando grafite, mas nunca chegaram a uma única camada.
Eventualmente, eles foram capazes de isolar grafeno em cima de outros materiais , mas não por si próprio. 

Em 2002, o pesquisador da Universidade de Manchester André Geim ficou interessado em grafeno e desafiou um estudante de PhD para polir um pedaço de grafite em algumas camadas. O estudante foi capaz de chegar a 1.000 camadas, mas não conseguia acertar o objetivo de Geim de 10 a 100 camadas. Geim tentou uma abordagem diferente: fita. Ele aplicou a grafite na fita e descascou para fora criando flocos de grafeno em camadas. Mais fitas e foram sendo criadas camadas mais finas, até que ele tinha em mãos um pedaço de grafeno de 10 camadas de espessura. A equipe de Geim trabalhou no refinamento de sua técnica e, finalmente, produziu uma única camada de átomos de carbono. Eles publicaram suas descobertas na “Science”, em Outubro de 2004. Geim e seu colega Kostya Novoselov receberam o prêmio Nobel de Física em 2010 por seu trabalho. Desde os primeiros flocos feitos com fita, a produção de grafeno tem melhorado a um ritmo acelerado. Em 2009, os pesquisadores foram capazes de criar um filme de grafeno que mede 30 centímetros de diâmetro. Por que é incomum? O trabalho de Geim e Novoselov foi incrivelmente interessante para outros cientistas por causa da descrição do grafeno e suas propriedades físicas estranhas . Os elétrons se movem através do grafeno em velocidade incrivelmente rápida e apresentam comportamentos como se fossem sem massa , imitando a física que rege as partículas em super pequenas escalas.

“Esse tipo de interação dentro de um sólido, tanto quanto se sabe, é exclusivo para o grafeno”, escreveu Geim e outro pesquisador famoso do grafeno, Philip Kim, em um artigo da Scientific American 2008 . “Graças a este novo material a partir de um lápis,a mecânica quântica não é mais confinado a cosmologia ou física de alta energia,ela já entrou no laboratório.” Propriedades especiais do grafeno não se limitam com a “física estranha”. Considere-se também:
Condutora: os elétrons são as partículas que compõem a eletricidade. Então, quando o grafeno permite que os elétrons se movam rapidamente, permitem que a eletricidade  mova-se rapidamente.Já é sabido que pode transferir elétrons  200 vezes mais rápido do que o silício, porque eles viajam com  pouca interrupção. É também é um excelente condutor de calor .
Grafeno é condutor independente da temperatura e funciona normalmente à temperatura ambiente.

Forte: Como mencionado anteriormente, que seria necessário um elefante com excelente equilíbrio de quebrar através de uma folha de grafeno. É muito forte devido ao seu padrão de ininterrupta e as fortes ligações entre os átomos de carbono. Mesmo quando manchas de grafeno são costurados juntos, ele continua sendo o material mais forte .

Flexível: As fortes ligações entre os átomos de carbono do grafeno também são muito flexíveis. Eles podem ser torcidos, puxados e curvo até um certo ponto sem quebrar, o que significa grafeno é flexível e elástico.

Transparente: O grafeno absorve 2,3 por cento da luz visível que atinge, o que significa que você pode ver através dele, sem ter que lidar com qualquer brilho.

Para que pode ser utilizada? A utilização do grafeno na vida cotidiana não está muito longe, em parte devido à investigação existente em nanotubos de carbono – a versão laminada, cilíndrico de grafeno. Os tubos foram popularizadas por um papel 1991 (assinatura requerida) e elogiado por suas qualidades físicas incríveis, a maioria dos quais são muito semelhantes ao grafeno. Mas é mais fácil de produzir grandes folhas de grafeno e pode ser feita de uma forma similar à do silício. Muitos dos aplicativos atuais e planejadas para os nanotubos de carbono já estão sendo adaptadas para o grafeno. Algumas das maiores aplicações emergentes são:
  Células solares: As células solares contam com semicondutores para absorver a luz solar. Os semicondutores são feitos de um elemento como o silício e possuem duas camadas de elétrons. Em uma camada, os elétrons são lentos e ficam ao lado do semicondutor. Na outra camada, os elétrons podem se mover livremente, formando um fluxo de eletricidade. As células solares funcionam através da transferência de energia a partir de partículas de luz para os elétrons lentos, que se tornam “animados” e saltam para a camada de fluxo livre – a criação de mais eletricidade. Camadas de grafeno de elétrons , na verdade, se sobrepõem , ou seja, menos energia luminosa é necessário para obter os elétrons para saltar entre as camadas. No futuro, a propriedade que poderia dar origem a células solares muito eficientes. Usando grafeno também permitem que as células que são centenas de milhares de vezes mais finos e mais leves do que aqueles em que se baseia o silício.
  Transistores: Chip de computador contam com bilhões de transistores para controlar o fluxo de eletricidade em seus circuitos. A pesquisa centrou-se principalmente na fabricação de chips mais poderosos com transistores e grafeno poderiam certamente dar origem a transistores mais finos ainda. Mas transistores também podem se tornar mais poderosos, acelerando o fluxo de eléctrons – as partículas que compõem eletricidade. Como a ciência se aproxima do limite de quão pequenos transistores podem ser, o grafeno poderia empurrar o limite para trás por ambos os elétrons que se movem mais rápido e reduzindo seu tamanho para alguns átomos ou menos.
Telas transparentes: dispositivos, como TVs de plasma e telefones são normalmente revestidos com um material chamado óxido de índio e estanho . Os fabricantes estão ativamente à procura de alternativas que poderiam cortar custos e proporcionar uma melhor condutividade, flexibilidade e transparência. O grafeno é uma opção emergente. É não-reflexivo e parece muito transparente. Sua condutividade também o qualifica como um revestimento para criar dispositivos touchscreen. Porque grafeno é forte e fino, ele pode dobrar sem quebrar, tornando-se um bom componente para os eletrônicos dobráveis, que em breve chegarão ao mercado. O grafeno também poderá ter aplicações para sensores de câmera , sequenciamento de DNA , detecção de gás , o reforço de material , dessalinização de água e além. Quais são as críticas? O grafeno ainda está em um estágio infantil em comparação com materiais desenvolvidos, como silício e ITO. Para que ela seja amplamente adotada, ele terá de ser produzido em grandes quantidades a custos iguais ou menores do que os materiais existentes. Novas técnicas como depósito de vapor e outras sugerem que isso é possível, mas ainda não está pronto para trazer o grafeno para cada tela de dispositivo móvel. Os pesquisadores também terão de continuar a trabalhar na melhoria da transparência e condutividade do grafeno na sua forma comercial. Enquanto ainda é promessa para os transistores de grafeno, ele tem um grande problema: não pode mudar o fluxo de eletricidade “off” como outros materiais como o silício,isto ainda significa que a energia irá fluir constantemente. Isso quer dizer que o grafeno não pode servir como um transistor por si próprio. Os investigadores estão agora a estudar maneiras de ajusta-lo e combiná-lo com outros materiais para superar essa limitação. Uma técnica envolve a colocação de uma camada de nitrato de boro,ou um outro átomo de espessura material entre duas camadas de grafeno. O transistor resultante pode ser ligado e desligado, mas a velocidade dos elétrons cai um pouco.
Outra técnica envolve a introdução de impurezas em grafeno. O grafeno também terá dificuldades nas suas possíveis aplicações. Baterias de carros elétricos e fibra de carbono poderia ser feita com o grafeno, mas estes, hoje, já contam com carvão ativado e grafite, respectivamente – dois materiais muito baratos. Grafeno é muito caro para o momento, e nunca pode ser barato o suficiente para convencer os fabricantes a mudar. O mundo esta apenas há uma década explorando o que pode fazer com o grafeno. Em contraste, o silício tem sido trabalhado em torno de quase 200 anos. Na investigação poderemos saber muito em breve, se o grafeno vai se tornar onipresente, ou apenas mais um passo para descobrir o próximo material bom e barato. fonte:

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