O grafeno

Será o grafeno o novo silício?

Tudo começou com algumas experiências envolvendo fita adesiva e lápis. Então o grafeno, um supercondutor mais forte que o aço, com a espessura de apenas um átomo, surgiu; um material maravilhoso que poderá se tornar tão revolucionário quanto o silício, segundo seus criadores,  ganharadores do Prêmio Nobel.

Modelo em 3D da estrutura do grafeno



A substância em questão, o grafeno,  200 vezes mais forte que o aço, parece ter sido feita para suportar o peso de quase qualquer coisa.

Há quem diga que o grafeno é uma inovação que se mostrará tão revolucionária quanto o chip de silício, ou o mesmo o plástico, ambos os quais ele poderá suplantar.

Forte e flexível como nenhum outro material, e o melhor condutor de eletricidade já descoberto.

Em seu laboratório na universidade, Konstantin Novoselov, um dos integrantes da equipe que ganhou o Prêmio Nobel de Física de 2010, "descobridora" do grafeno, fala das qualidades superlativas do material com orgulho, e discorre sobre a sua gênese. A descoberta do grafeno não exatamente um momento de eureka, mas desde então o espanto tem sido uma constante. E tudo começou com um rolo de fita adesiva e um lápis.

Em 2004 Novoselov, então com 37 anos, oriundo dos Montes Urais, era um pesquisador  pós-doutorando de condutividade em um departamento dirigido pelo emigrante russo Andre Geim.

Naquela época, Andre Geim era provavelmente mais conhecido por seu experimento de "levitação do sapo", no qual ele mostrou que colocando pequenos anfíbios entre dois grandes eletroímãs, eles desafiariam a gravidade e flutuariam no ar. O experimento rendeu-lhe o prêmio Ig-Nobel (concedido à pesquisa mais inútil do ano; Geim é ainda o único ganhador de ambos os prêmios, um Ig-Nobel e um Nobel legítimo).

Foi com a mesma atitude com que fizeram a experiência nos batráquios pairando no ar que Geim e sua equipe começaram a pensar em criar uma substância em 2D, ou uma substância com a espessura de apenas um átomo. Uma noite, eles conversavam sobre a possibilidade de criar um transformador feito de metal, em vez de semicondutores como o silício.

O material mais óbvio para se testar aquela hipótese era o grafite. Então, eles passaram algum tempo tentando encontrar o pedaço mais fino possível de grafite, a fim de ver se funcionaria.

Durante algumas semanas eles fizeram várias tentativas de obtê-lo. Numa ocasião, Geim comprou um caro bloco de grafite e pediu a um estudante pesquisador chinês que o polisse com uma máquina. O estudante voltou no dia seguinte com um caríssimo saco cheio de pó.

Aproximadamente na mesma época, o laboratório recebera um microscópio que permitia enxergar estruturas atômicas, e a equipe de Geim procurava uma estrutura muito límpida. O grafite era novamente a opção óbvia, recorda Novoselov, e eles descobriram que a melhor maneira de tornar lisa uma superfície de grafite era com o emprego de uma fita adesiva, apenas para retirar quaisquer resíduos, poeira ou sujeira que houvesse nela".

Em algum momento, pensando novamente na hipótese do transistor metálico, alguém disse: "Por que não damos uma olhada no que ficou preso na fita?" - que eles jogavam fora. "Então," recorda Novoselov, "nós fizemos um teste e a primeira amostra de todas já funcionou - de maneira parecida - como um transistor." Ao longo de um ano, a equipe aprimorou a condutividade do grafite, ao torná-lo cada vez mais fino, até chegar ao ponto em que perceberam que a meta final era obter algo com a espessura de um átomo, um objetivo antes impensável. "Nós havíamos trabalhado bastante com a micro-eletrônica, mas parecia muito improvável que algo com a espessura de um átomo pudesse ser estável" diz Novoselov.

Ainda com o emprego da técnica da fita adesiva, o que se seguiu foi outro "longo e agradável  processo, o teste das propriedades, cálculos, estudo da física"; e finalmente a estrutura de grafite em 2D foi produzida. Novoselov e Geim ficaram surpresos ao ver que ela não só mantivera um estrutura de ligações como uma tela de galinheiro, mas tinha também um arranjo simétrico de elétrons aparentemente singular que aumentava a condutividade. As propriedades do grafeno foram anunciadas em 2004.

Seria apressado dizer que o grafeno poderia dar origem a tudo, desde aviões superfortes até telas tipo touch screen dobráveis, da espessura de uma folha de papel, ou mesmo substituir o vidro, por ser absolutamente transparente, além de aprimorar o plástico e revolucionar tudo, da nanocirurgia até a construção civil.

Mas nenhuma dessas possibilidades foi descartada por experiências subsequentes com o grafeno, no entanto, a tecnologia é tão nova que ainda há poucas aplicações práticas no estágio de protótipo - como um pequeno quadrado de grafeno com a camada da espessura de uma folha de celofane, que alterna entre opaca e transparente mediante a aplicação de eletricidade através de um par de presilhas.

O desenvolvimento da tecnologia com o emprego do grafeno irá levar anos, ou décadas, como ocorreu com o silício. O primeiro transistor foi feito por volta de 1947, o silício surgiu cerca de sete anos mais tarde, e os circuitos integrados só apareceram após 10 ou 20 anos. A tecnologia 2D pode demorar ainda mais para se tornar comercialmente viável, mas isso indubitavelmente irá acontecer.

Todos os meses surgem novas possibilidades. 

O que causa entusiamo no momento é o fato de se poder dispor o grafeno com diferentes materiais em 2D, cada camada tendo propriedades diferentes. Esse empilhamento significa, em tese, que será possível projetar materiais com as propriedades de que necessitar. 

Basta dizer: "É preciso um material que seja altamente condutor, azul e flexível" w será possível fazê-lo. Até certo ponto, os únicos limites para o grafeno são os da imaginação. Há, ainda, a tendência a pensar em como esse material poderia ser usado na forma de objetos atuais. 

Imaginar, por exemplo, um material fotodetector em camadas de 2D, com uma célula fotovoltaica e transistor combinados, que permitiria fazer uma finíssima tela touchscreen que geraria a própria energia.