Laboratório de Química do Estado Sólido
 LQES NEWS  portfólio  em pauta | pontos de vista | vivência lqes | lqes cultural | lqes responde 
 o laboratório | projetos e pesquisa | bibliotecas lqes | publicações e teses | serviços técno-científicos | alunos e alumni 

LQES
lqes news
novidades de C&T&I e do LQES

2020

2019

2018

2017

2016

2015

2014

2013

2012

2011

2010

2009

2008

2007

2006

2005

2004

2003

2002

2001

LQES News anteriores

em foco

hot temas

 
NOVIDADES

Grafeno : a caminho para a produção industrial ?

Um novo método de preparação do grafeno foi desenvolvido por cientistas do Instituto de Físico-Química da Academia Polonesa de Ciências (IChF PAN), em Varsóvia (Polonia), em colaboração com o Instituto de Pesquisa Interdisciplinar de Lille (França). O procedimento é de tal simplicidade que pode ser realizado em qualquer laboratório.


O grafeno, material das mil promessas...

Isolado pela primeira vez em 2004, em Manchester, Reino Unido, o grafeno é um cristal de carbono monoplano com propriedades físicas fora do comum e que atraem numerosos pesquisadores. A descoberta do grafeno, que não necessitou senão de uma mina de lápis e um papel adesivo, foi recompensada, seis anos mais tarde, pelo prêmio Nobel de Física 2010, entregue a Konstantin Novoselov e Andre Geim.

O grafeno é produzido a partir do grafite, que é, na verdade, uma sucessão de bilhões de camadas de grafeno. Este último se apresenta como uma folhinha monocamada bidimensional, com rede cristalina hexagonal, cuja espessura ( aquela do átomo de carbono, seu único constituinte), é de 70 picômetros, seja: um milionésimo da espessura de um fio de cabelo humano.



Representação artística do grafeno.

Créditos: Wikipedia.


Propriedades físicas inéditas são associadas à estrutura de monocamada do grafeno: os cientistas o descrevem como sendo o material mais fino e um dos mais resistentes conhecidos atualmente. Ele possui condutividades térmica e elétrica respectivamente 80 e 150 vezes superiores àquelas do silício. À temperatura ambiente, a mobilidade dos elétrons no interior do grafeno é de 200.000 cm2 por volt, por segundo, o que corresponde a uma velocidade de 1000 km/s, enquanto aquela do silício não é senão de 1.400 cm2/V.s-1 (7 km/s). Segundo pesquisas recentes, o grafeno teria certas propriedades adesivas, permitindo-lhe, sob forma de membrana, ser um purificador de água ou um separador de gás. O grafeno parece, portanto, um forte candidato a substituir o silício e, assim, permitir a miniaturização extrema dos transistores.


...ainda difícil de produzir em quantidades industriais

O grafeno interessa, evidentemente, às empresas do setor de eletrônica, em especial para a fabricação de telas finas, leves e resistentes ou de chips de alta velocidade. Ele poderá igualmente levar ao desenvolvimento de uma nova geração de sensores e de biossensores úteis para as tecnologias limpas e as biotecnologias.

Mas, até o momento, as pesquisas sobre o grafeno estiveram limitadas pelo custo e pela dificuldade de produzi-lo em grande escala. A produção de uma folhinha de grafeno demanda um altíssimo nível de tecnicidade, devido à sua espessura de 70 picômetros. Os métodos atuais de fabricação de grafeno seguem procedimentos complexos que necessitam de materiais caros e especializados. Um destes métodos consiste em cristalizar o grafeno, pelo aquecimento sob vácuo e a 1300oC de carbeto de silício (SiC), para que os átomos de silício das camadas externas se evaporem. Após um tempo bem determinado, os átomos de carbono restantes se reorganizam em finas camadas de grafeno. Um outro método, chamado "deposição química em fase de vapor" (CVD), permite criar grafeno pela decomposição de um gás carbonado (por exemplo, o metano) sobre um metal à alta temperatura, como o níquel ou o cobre.

"Se queremos aumentar as aplicações industriais do grafeno, devemos encontrar melhores procedimentos para produzi-lo em grandes quantidades, de modo controlado e sem ter que utilizar material caro e especializado", - disse Izabela Kaminska, doutoranda do IChF PAN, de Varsóvia, e primeira autora da publicação.


Um novo procedimento de produção, simples e barato

O novo método de produção do grafeno desenvolvido pela equipe franco-polonesa requer apenas grafite, um sonicador, o tetratiofulvaleno (TTF, de fórmula química C6H4S4) e perclorato férrico Fe(ClO4)3, sendo todos produtos facilmente disponíveis.

As folhinhas de grafeno são muito difíceis de ser separadas umas das outras, daí o fato da primeira etapa consistir na oxidação da matéria-prima, o grafite. A incorporação de moléculas de oxigênio, realizada pelo método de Hummers, faz com que as folhinhas deslizem umas sobre as outras e, finalmente, a sua separação seja favorecida. O pó obtido - óxido de grafite - é a seguir posto em suspensão em água e colocado em um sonicador. As ondas sonoras de alta frequência permitem esfoliar as folhas de óxido de grafeno, formando estruturas que são constituídas de camadas sucessivas de grafeno de 200 a 500 nanômetros de espessura. Segundo Izabela Kaminska, "a oxidação mudou de modo espetacular as propriedades físico-químicas do grafeno. No lugar de um excelente condutor, obtivemos ... um perfeito isolante".

Para eliminar o oxigênio do óxido de grafeno, a equipe franco-polonesa teve a idéia de acrescentar tetratiofulvaleno (TTF), um composto organo-sulforado doador de elétrons. As moléculas de TTF restantes são finamente eliminadas por uma última reação de oxidação usando perclorato férrico, seguida de uma lavagem com uma solução neutra de TTF. As estruturas resultantes, compreendendo camadas de grafeno de algumas dezenas a algumas centenas de nanômetros de espessura, são obtidas depositando-se uma gota da mistura sobre um eletrodo.

Esta descoberta deverá encorajar os cientistas a levar mais longe as pesquisas sobre o grafeno para criar a eletrônica do futuro, no momento em que os experts da indústria do silício anunciam o limite físico da evolução das performances da microeletrônica.

A empresa americana de consultoria BCC Research estima que o valor de mercado dos produtos à base de grafeno irá se elevar em 2015 a 67 milhões de dólares e, dez vezes mais, em 2020.

Polish Academy of Sciences (Tradução - MIA).


Nota do Scientific Editor - O trabalho "Preparation of graphene / tetrathiafulvalene nanocomposite switchable surfaces", que deu origem a esta notícia, é de autoria de Izabela Kaminska, Manash R. Das, Yannick Coffinier, Joanna Niedziolka-Jonsson, Patrice Woisel, Marcin Opallo, Sabine Szunerits e Rabah Boukherroub., tendo sido publicado na revista Chemical Communication, Volume 48, págs. 1221-1223 (2012), DOI: 10.1039/C1CC15215G.


<< voltar para novidades

 © 2001-2020 LQES - lqes@iqm.unicamp.br sobre o lqes | políticas | link o lqes | divulgação | fale conosco