Premiado com Nobel, grafeno promete ser tecnologia do futuro
Andréia Hisi/ComCiência/Labjor/DICYT - A linha de pesquisa que tem sido considerada uma das mais promissoras da física é a que envolve materiais à base de grafeno. Em todo o ano de 2010 foram publicados mais de três mil trabalhos a respeito desse material e suas propriedades. Sua importância foi consolidada, no dia 10 de dezembro, através da premiação dos cientistas Andrei Geim e Konstantin Novoselov, da Universidade de Manchester, no Reino Unido, por suas pesquisas realizadas sobre o grafeno, cuja pesquisa mais impactante (com mais de 2 mil citações), publicada na revista Nature (438, 197-200) em 2005, descreve propriedades semicondutoras do material.
Todos os materiais usados atualmente em dispositivos eletrônicos são agrupamentos tridimensionais de átomos (sejam eles com ou sem estrutura cristalina). Mesmo os objetos mais finos, como os filmes de óxidos em transistores ou filmes metálicos em discos rígidos, apresentam algumas dezenas de nanômetros de espessura, o que equivale a algumas centenas de planos de átomos. Entretanto, em 2005 foi produzida a estrutura de carbono, o grafeno, que foi prevista inicialmente em 1962, e tem como principal atrativo o fato de ser bidimensional, ou seja, sua espessura é de apenas um plano - uma estrutura bastante tratável e cujas perspectivas tecnológicas o destacam como um forte candidato à eletrônica moderna.
Para entendermos o que é o grafeno precisamos saber primeiro o que é o grafite (sim, aquele material presente nos lápis). O grafite é um cristal formado somente por átomos de carbono ordenados em planos (como folhas) com simetria hexagonal que, por sua vez, são empilhados uns sobre os outros. Dessa forma, o grafeno é nada além do que uma dessas folhas isoladas, ou seja, um plano de átomos de carbono. “Os átomos de carbono do grafite arranjam-se em hexágonos regulares como os favos de uma colméia e formam camadas com a espessura de um átomo, as folhas de grafeno, que se sobrepõem umas às outras. Os elétrons livres desse material movem-se como partículas sem massa, de modo semelhante às partículas de luz (os fótons). Isso define as propriedades eletrônicas extraordinárias do grafeno e grafite” explicou o professor do Instituto de Física Gleb Wataghin da Unicamp, Yakov Kopelevich, no seminário intitulado “Lápis e o Prêmio Nobel em Física de 2010”, no dia 25 de novembro de 2010.
Uma propriedade importante e bastante conhecida do grafite é que a força de ligação entre cada um de seus planos é fraca. Dessa maneira, é possível desgrudar um plano do outro facilmente. Essa foi a propriedade que permitiu a primeira síntese de grafeno. Colando uma fita adesiva sobre grafite e a puxando quebramos as ligações entre os planos; com um pouco de sorte, um plano individual pode ser isolado. O material resultante é o mais fino possível, com um átomo de espessura.
Tecnologicamente, o grafeno promete diversas revoluções. Uma aplicação direta é o desenvolvimento de novos materiais, compostos mais leves e mais duráveis. Além disso, por ser praticamente transparente, ele permitiria a construção de dispositivos tipo touch-screen transparentes. Finalmente, demonstrações atuais de transistores de alta velocidade mostram que o grafeno é um candidato em potencial para a eletrônica do futuro.
Fora o interesse tecnológico, o grafeno apresenta propriedades físicas únicas, tornando-o um material de grande interesse para o estudo de física fundamental. Entre elas destacam-se a existência de partículas sem massa (massless fermions).