Grafeno: o material que não deveria existir e levou ao prêmio Nobel

Pesquisador do ICTP-SAIFR explicou em evento de divulgação científica o que é e quais as possíveis aplicações do material mais fino existente

O Prof. Alexandre R. Rocha (ao fundo), durante a palestra

Todas as primeiras quintas-feiras do mês, o ICTP-SAIFR (Instituto Sul Americano para Pesquisa Fundamental) realiza o Papos de Física, evento de divulgação científica que leva físicos para ambientes descontraídos, onde apresentam temas de física para o público leigo e respondem suas perguntas. Na última edição, que ocorreu no dia 5 de outubro no Tubaína Bar (Rua Haddock Lobo, 94, em São Paulo), o convidado foi Alexandre R. Rocha, pesquisador do Instituto de Física Teórica (IFT) da Unesp e pesquisador associado do Centro Internacional de Física Teórica (ICTP-Trieste), com a palestra intitulada “Grafeno: Como um material que não deveria existir levou ao prêmio Nobel?”.

O Professor Rocha, ele mesmo um estudioso das possíveis aplicações do grafeno, iniciou sua palestra com uma breve introdução à importância e versatilidade do carbono, átomo constituinte do grafeno e de outros materiais como o diamante, bem como o elemento básico de toda a vida na Terra. O carbono, disse, é um dos elementos mais versáteis, por possuir em sua última camada espaço para “quatro ligações com outros átomos, que podem se organizar de infindáveis formas”. Essas formas, porém, costumam seguir um conjunto de “regras” químicas, e as estruturas compostas pelo carbono costumam ser organizadas, ao invés de meramente aleatórias, sendo a forma mais estável a que dá origem ao grafite e, consequentemente, ao grafeno.

No grafite, os átomos de carbono se arranjam em estruturas hexagonais, semelhantes ao formato observado em favos de mel, criando películas de carbono empilhadas. Nos anos 60, três cientistas (David Mermin, Herbert Wagner e Pierre Honenberg), ao estudar as propriedades de organização do carbono, teorizaram que seria impossível na natureza que qualquer elemento se organizasse desta forma em apenas uma dimensão. Ou seja, uma única dessas camadas não se manteria unida, por conta das propriedades químicas e físicas do elemento.

Porém, André Geim e Konstantin Novoselov, professores na Universidade de Manchester, na Grã-Bretanha, ao observar dejetos de um outro estudo com grafite, descobriram que, sim, era possível uma camada unidimensional de carbono, e deram à sua descoberta o nome de grafeno, o material mais fino existente, com apenas um átomo de espessura, e que lhes rendeu o Prêmio Nobel de Física em 2010. O prêmio, no entanto, não lhes foi atribuído devido à descoberta do material, mas, sim, pela descoberta de suas propriedades.

O grafeno, além de extremamente fino, também se mostrou um material extremamente resistente, mais ainda que o diamante, e é também um condutor térmico e elétrico excelente, melhor que o cobre, pois neste arranjo hexagonal, os átomos se organizam no que é chamado de um anel aromático. Isso é, cada um dos átomos está ligado a apenas outros três, mas para satisfazer a “necessidade” do carbono de realizar sempre quatro ligações, os elétrons se movem constantemente pelos vértices da colmeia, sendo “passados” de um para outro, como num jogo de batata quente.

Após sua descoberta, o grafeno foi logo considerado como um “material do futuro”, e possíveis aplicações começaram a ser testadas, se valendo de seu tamanho reduzido, leveza e supercondutividade para a criação de microchips de alta potência e roupas inteligentes. Até hoje, porém, essas promessas ainda não se concretizaram totalmente, por uma série de razões. “No caso dos microchips, por exemplo,” o Professor Rocha explicou, respondendo a uma das questões da plateia, “o grafeno é um condutor tão potente que é impossível ‘desligá-lo’, e o funcionamento do chip depende do controle da corrente, como um interruptor.” Outras aplicações, porém, estão sendo testadas, como seu uso em telas sensíveis ao toque, usadas em smartphones, e, em combinação com outros materiais, já está sendo aplicado na produção de equipamentos esportivos. “Mas acho que ainda estamos longe de atingir todo o seu potencial”, comentou o Professor Rocha. Disse, também, que o grafeno ainda não é produzido em escala suficiente para ser aplicado ao mercado, mas que impulsiona a pesquisa em escala global e que existem projetos, como em Minas Gerais, que em 2016 deu início à implementação de uma planta de produção do material.

O próximo Papos de Física ocorre no dia 9 de novembro, no mesmo local, o Tubaína Bar (Rua Haddock Lobo, 94 – Cerqueira César, São Paulo), e o convidado será o Professor Horatiu Nastase, pesquisador do Instituto de Física Teórica (IFT) da Unesp, com a palestra “Líquidos e sólidos como hologramas de buracos negros”, na qual mostrará como teorias desenvolvidas para o estudo de buracos negros podem ser aplicadas para o entendimento das propriedades de certos tipos de líquidos e sólidos.  O evento é gratuito e não é necessário realizar inscrição. Para mais informações, acesse http://ictp-saifr.org/papos/.