Materiais Avançados

Grafeno é apenas o começo no universo dos materiais unidimensionais

Grafeno é apenas o começo no universo dos materiais unidimensionais
Enquanto o grafite dá origem ao grafeno, o diamante pode gerar o diamano.[Imagem: Pavel Sorokin/TISNCM]

Muito se tem falado sobre o grafeno, protagonista de uma onda tecnológica que poderá levar ao desenvolvimento de computadores ultrarrápidos, transistores com a espessura de átomos, dispositivos médicos mais seguros ou aparelhos eletrônicos flexíveis que podem ser dobrados e colocados no bolso. Tudo isso e muito mais.

O potencial do versátil material derivado do grafite tem como base propriedades como a dureza (200 vezes mais que o aço), associada à extrema leveza e espessura atômica, e à capacidade de conduzir calor e eletricidade melhor do que qualquer outro material conhecido.

Além do grafeno

Mas o grafeno não está sozinho.

Ele é apenas um entre muitos novos materiais chamados de bidimensionais - por serem formados por camadas planas e simples de átomos ou moléculas - que chegam juntos com o potencial de iniciar uma revolução científica e tecnológica de dimensões imprevisíveis.

Embora a molibdenita - outro material considerado bidimensional, embora seja monocamada, e não monoatômico - já tenha ultrapassado o grafeno no campo das aplicações eletrônicas, o fato é que a grande maioria desses materiais ainda é desconhecida.

"Há muitos a serem descobertos e estudados. Não dá nem para dizer que estamos na ponta do iceberg. O número de sistemas bidimensionais é imenso e só agora estamos olhando para eles", explica o físico brasileiro Antônio Hélio de Castro Neto, atualmente na Universidade Nacional de Cingapura.

Castro Neto foi o principal descobridor da conversão da eletricidade em magnetismo pelo grafeno, além de participar da equipe que demonstrou que o grafeno pode ligar e desligar o magnetismo.

Heteroestruturas

Castro Neto destaca o dissulfeto de molibdênio e o fosforeno, formado por folhas simples de fósforo e com propriedades semicondutoras. Outras equipes estão trabalhando também com estaneno, germaneno e siliceno.

"Há também as heteroestruturas tridimensionais, cujo campo, ainda em sua infância, também será muito grande e com enorme valor econômico por causa do potencial de aplicações", disse o pesquisador.

Grafeno é apenas o começo no universo dos materiais unidimensionais
O grafeno (embaixo) está sendo deixado para trás pela molibdenita (em cima) no campo das aplicações eletrônicas, esta já próxima da fase industrial. [Imagem: Universidade do Kansas]

Muitos desses novos materiais têm propriedades complementares e poderão ser empregados em conjunto com o grafeno, em um número de combinações teoricamente ilimitado. Por exemplo, recentemente se demonstrou que a junção de grafeno e molibdenita pode gerar tanto LEDs, quanto células solares.

"Esses novos materiais têm propriedades ópticas não triviais. Eles são finos e macios, como membranas, e não como os sólidos conhecidos. Sua maciez reflete em suas propriedades eletrônicas. Eles têm superfícies puras, sem irregularidades e suas propriedades eletrônicas podem ser modificadas pela aplicação de forças. Podemos esticá-los ou modificá-los quimicamente. Um dos grandes ganhos de quando se trabalha com esses materiais é a funcionalização química", destacou Castro Neto.

Dificuldades de engenharia

O pesquisador acrescentou que um dos grandes desafios da pesquisa com esses novos materiais bidimensionais é a dificuldade de produzi-los, seja em laboratório ou ainda mais em escala industrial.

"A esfoliação leva muito tempo. Estamos esperando que os engenheiros criem novas tecnologias capazes de manipular mecanicamente esses cristais bidimensionais. Acho que a robótica poderá ajudar muito nesse sentido", disse.

"A ciência da computação também terá um papel fundamental nessa exploração, sem dúvida alguma. Como estamos falando de materiais complexos, não podemos fazer modelamentos simples. Se não tivermos poder computacional, não saberemos o que está ocorrendo," concluiu Castro Neto.





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