Home Tutoriais Hardware Grafeno: o mais forte e o melhor condutor


O grafeno é uma substância formada por uma malha hexagonal de átomos de carbono ligados para formar a única substância bidimensional que se conhece na prática, já que sua espessura corresponde ao diâmetro de um átomo de carbono que, conforme discutimos semana passada, é uma grandeza desprezível para todos os fins práticos. Portanto uma, digamos, folha de grafeno (neste contexto, entenda o termo “folha” na mesma acepção usada na expressão “folha de papel”) é um negócio muito, mas muito fino mesmo. Tão fino que um metro quadrado deste material pesa apenas 0,77 mg.

Vamos imaginar que você pretenda oferecer um grande mimo para seu/sua cara metade e deseja embrulhá-lo para presente. E como você quer causar boa impressão, o treco tem que ser grande mesmo. Muito grande. Assim, digamos, do tamanho do novo estádio do Maracanã. E vamos supor que você resolva embrulhá-lo com uma folha de grafeno. E você pretende envolvê-lo completamente, por cima, por baixo e pelos lados. Sua folha de grafeno cobriria o objeto, desceria pelas laterais até o chão e o envolveria por baixo.

Você vai precisar de um bocado de grafeno. Considerando que o Maracanã tem cerca de 300 metros de diâmetro e 35 de altura, calculando assim por alto, sua folha deveria ter quase 200 mil metros quadrados (incluindo a fita para amarrar e ornar com um belo laço). Dá para fazer uma ideia do peso desta folha?

Pouco mais de cento e cinquenta gramas (154, para ser exato). Quer dizer: o bicho é fino e leve mesmo… Ora, um material assim fino deve ser muito delicado e frágil, sujeito a rasgos e perfurações acidentais. Ou não?

Não. Para ser exato, grafeno é o material mais forte que há sobre a superfície terrestre.

O parâmetro que mede esta grandeza é a chamada “força intrínseca” (“intrinsic strength”) do material. A força intrínseca é definida como a tração máxima a que um pedaço íntegro (ou seja, sem defeitos estruturais) do material pode ser submetido antes que suas ligações atômicas em uma dada seção reta do objeto cedam e ele se separe em dois pedaços. Ela depende, essencialmente, da força que prende átomos e moléculas uns aos outros.

Ora, o grafeno é formado por ligações covalentes entre átomos de carbono, uma das ligações mais fortes deste tipo que existem. Resultado: quando pesquisadores efetuaram medições para estabelecer o valor da força intrínseca do grafeno chegaram ao valor de 42 N/m (Newtons por metro), a maior até hoje estabelecida para qualquer tipo de material. O que levou os pesquisadores James Hone, Jeffrey Kysar, Changgu Lee e Xiaoding Wei, que realizaram o experimento descrito no artigo do PhysicsWorld.Com “Graphene has record-breaking strength” a sugerirem que o grafeno seja considerado o padrão para força intrínseca da mesma forma que o diamante, o material de maior dureza conhecido, é usado como padrão de dureza.

Quer ter uma ideia do que esta força intrínseca representa?

Pois vamos lá. A Figura 1 mostra, à esquerda, a superfície de um cristal de grafite, de onde se pode extrair pequenas superfícies de grafeno camada por camada usando uma técnica denominada esfoliação e, à direita, um rolo de película plástica aderente comum, destas usadas para embrulhar e proteger alimentos nos supermercados.

Esta película plástica tem uma espessura da ordem de milésimos de milímetros e varia de acordo com o fabricante. Imaginemos que no caso do nosso experimento ela tenha uma espessura de 100 micra (o plural de “mícron”, ou milésimo de milímetro). Uma das formas de avaliar sua força intrínseca é medir sua resistência à perfuração. Digamos, por exemplo, com um lápis. Quanta força você acha que seria necessário aplicar sobre um lápis de ponta fina seguro verticalmente sobre o filme plástico e com sua ponta apoiada sobre aquela película que envolve o prato de morangos, à direita, para perfurar o plástico? Não sabe? Pois pegue um lápis e experimente, você deve ter em casa, provavelmente na geladeira, um pacote semelhante. E certamente vai verificar que não é preciso fazer muita força para que a ponta do lápis perfure o plástico.

Pois bem: no artigo acima citado, o pesquisador James Hone afirma que caso se consiga criar por superposição de camadas uma folha de grafeno de mesma espessura, a força que seria necessário aplicar sobre o lápis para perfurá-la seria superior a duas toneladas. E lembre-se: 100 micra é o mesmo que um décimo de milímetro…

Tá bom, então o bicho é forte. Mas o que se pode dizer sobre sua capacidade de transmitir ou não corrente elétrica? Quando se pensa em utilizar um material como este, esta propriedade é fundamental para um sem número de aplicações. Será ele um bom isolante, como a borracha, o isolante quase universal? Um bom condutor como o cobre, o melhor condutor conhecido até agora? Ou nem uma coisa nem outra, como por exemplo o silício?

O parâmetro que mede a capacidade de conduzir corrente elétrica de um material é a condutividade, ou seu inverso, a resistividade. Resistividade é a resistência específica, uma propriedade intrínseca do material: a resistência de um pedaço de fio de cobre é igual à sua resistividade multiplicada pelo comprimento e dividida pela área de sua seção transversal. Portanto quanto menor a resistividade, mais condutor é o material

A resistividade de um material depende, entre outras coisas, da temperatura em que ele é mantido. Isto porque, seja qual for o material, a energia associada ao calor que controla a temperatura faz os átomos vibrarem, dificultando o movimento dos elétrons (ou seja, a corrente elétrica). Tanto assim que, caso se consiga atingir a temperatura conhecida como “zero absoluto” (- 273,15º C), quando os átomos permanecem imóveis, todo material é um condutor perfeito. Logo, o estabelecimento das medidas de resistividade é feito à temperatura ambiente (“room temperature”) para permitir comparar seus resultados.

Então, vamos lá: qual será a resistividade do grafeno e como ela se compara à dos demais materiais?

Em 2008 uma equipe de cientistas da Universidade de Maryland, EUA, liderada pelo Prof. Michael S. Fuhrer, se dedicou a estabelecer esta medida. E descobriu que “in graphene the intrinsic limit to the mobility, a measure of how well a material conducts electricity, is higher than any other known material at room temperature. Graphene, a single-atom-thick sheet of graphite, is a new material which combines aspects of semiconductors and metals” (no grafeno, o limite intrínseco à mobilidade, uma medida de como um material conduz eletricidade, é maior que a de qualquer outro material em temperature ambiente. Grafeno, uma folha de grafite com espessura de um átomo, é um novo material que combina aspectos de semicondutores e metais”.

Na verdade as pesquisas concluíram que a resistividade do grafeno é de cerca de 1 microOhm.cm, um valor 35% menor que o do cobre, o melhor condutor até então conhecido. E o título do artigo em que as pesquisas são descritas não deixa dúvidas: “Graphene – The Best Electrical Conductor Known to Man” (Grafeno: o melhor condutor elétrico conhecido pelo homem”.

É mole? Não contente em ser o material mais forte do mundo, ainda se dá ao luxo de ser o melhor condutor elétrico?! Esse treco tem que ter um ponto fraco. Que tal capacidade de transmitir calor, ou condutividade térmica? E flexibilidade?

Fonte: http://www.techtudo.com.br/artigos/noticia/2013/07/grafeno-o-mais-forte-e-o-melhor-condutor.html

   
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