Saiba como uma inusitada metodologia rendeu a dois cientistas russos o Nobel da física de 2010, revolucionando o estudo de materiais.
Você já parou para pensar que um simples lápis tem todo o recurso necessário para obter o material mais fino, resistente e condutor já visto? Isso mesmo, o grafite, matéria-prima dos lápis, é formado pela justaposição de hexágonos de carbono, ou seja, moléculas de carbono em formato hexagonal “empilhadas” (Como na imagem abaixo). Por isso, mesmo sendo tão usual, o grafite serviu como matéria prima para a descoberta surpreendente de um dos mais versáteis materiais conhecidos, o grafeno.
Com a imagem, podemos ver que a estrutura química do grafeno é extremamente simples. Tendo uma única camada de átomos iguais (carbono), representados por cada vértice dos hexágonos, as moléculas são muito finas e leves. Mais adiante, os cientistas que já trabalhavam com esse tipo de nanomaterial ficaram perplexos ao descobrir que essas moléculas eram bastante estáveis.
Tirando o pódio já ocupado pelo diamante, o grafeno é atualmente considerado como o material mais resistente do mundo, ultrapassando o aço, silício e tungstênio. Ademais, o cobre, queridinho da eletrônica, também é ultrapassado em termos de condutividade elétrica. Mais do que isso, o grafeno é conhecido hoje como o material mais fino, transparente e flexível encontrado na terra.
Com todas essas características fantásticas, é fácil deduzir que esse material quase “milagroso” foi concebido em laboratórios de alta tecnologia, após milhões investidos na pesquisa, mas essa ideia está longe da realidade. Após entender sua descoberta, você pode se questionar: “Como não pensei nisso?”
A descoberta
Os cientistas já sabiam da existência teórica de materiais que compreendem camadas atômicas únicas, mas ninguém havia sido capaz de isolar um. Com isso, desde 1859, os cientistas vinham tentando obter uma única camada usando métodos químicos e mecânicos envolvendo equipamentos caros e especializados. No entanto, quando uma única folha de grafeno foi finalmente isolada, isso foi feito usando um equipamento barato e familiar – fita adesiva comum.
O ano era 2003 e um time da Universidade de Manchester, liderado pelos físicos Andre Geim e Konstantin Novoselov, usava fita adesiva para limpar amostras de grafite usadas em experimentos e exames, removendo a camada superior para expor o grafite limpo abaixo.
O momento da lâmpada surgiu quando o grupo de Andre e Konstantin se perguntou se, ao jogar fora os pedaços de fita adesiva usados com resíduos de grafite, poderiam de fato estar jogando fora o grafeno. Como diz a história, eles pescaram um pedaço de volta da lixeira, colocaram-no sob um microscópio e ficaram encantados ao ver flocos realmente finos de grafite ali mesmo na fita. Ao “descascar” camadas do grafite repetidas vezes, tornou-se possível chegar a filmes transparentes de grafeno.
Após a fantástica descoberta e publicação da pesquisa com o grafeno em 2004, os cientistas Andre Geim e Konstantin Novoselov foram escolhidos como os destinatários do Prêmio Nobel da física do ano de 2010, considerado o mais alto reconhecimento no campo científico e de pesquisas. A Academia Real de Ciências Sueca já saudou, com o Prêmio Nobel, personalidades como Albert Einstein, Marie Curie e Malala Yousafzai, como forma de aclamação por suas contribuições para a sociedade. Por isso, o reconhecimento dado à Geim e Novoselov com o prêmio é prova da relevância do trabalho e da descoberta para o campo da física.
“A ciência deve ser divertida e você nem sempre precisa fazer experimentos caros e multimilionários para estar na vanguarda da pesquisa”,
Konstantin Novoselov
O grafeno
Antes de entrar nos potenciais específicos do grafeno, é essencial definir o conceito de nanotecnologia. Ao refletir sobre o “nano”, a imagem que pode vir à mente é a de minúsculos computadores, ou até mesmo robôs. Porém, essa ideia está longe de representar os atuais objetivos dessa ciência, mesmo que não seja completamente falsa.
O ramo do estudo de materiais conhecido hoje como nanotecnologia e nanociência define a manipulação de materiais e compostos em uma escala de 10^-9 metros. Mas o que isso quer dizer de fato?
Para ter uma ideia, 1 milímetro é igual a 1 metro dividido em 1.000 (mil) partes, ou 10^-3 metros. No entanto, para chegar em um nanômetro é necessário dividir 1 metro em 1.000.000.000 (1 bilhão) de partes. Então, um objeto de 1 nanômetro é cem vezes menor que um glóbulo vermelho, mil vezes menor que uma bactéria e cem mil vezes mais fino que um fio de cabelo. Sendo assim, é impossível enxergar qualquer material na escala nanométrica a olho nu.
Afinal de contas, qual o papel do grafeno nessa ciência?
Constantemente, a nanotecnologia está à procura de materiais e compostos estáveis, eficientes e facilmente manipuláveis e isoláveis. Esse é o caso do grafeno, visto que ele é composto somente de uma única camada de átomos de carbono com uma estrutura química extremamente estável. Além disso, a abundância do grafite em sua forma mineral é um fator-chave para a produção em massa de grafeno, pois torna cada vez mais economicamente viável produzi-lo.
E o que podemos fazer com ele?
As aplicações do grafeno são extremamente variadas e presentes nos mais diversos campos da ciência. Em especial, podemos citar a computação, biomedicina, armazenamento de energia (baterias), comunicações, telecomunicações e construção civil. Com isso, vemos a grande versatilidade desse nanomaterial. Veja alguns exemplos de produtos já feitos e ideias ambiciosas com o grafeno:
Grafeno no Brasil e oportunidades económicas
A produção de grafeno se mostra como uma esperança para a pesquisa e desenvolvimento de tecnologias no Brasil, principalmente pelo país contar com 1/3 de toda a reserva de grafite mundial. Entretanto, o cenário conturbado do investimento em ciência nos últimos anos pode ter atrasado esse tipo de oportunidade de exploração da capacidade de PD & I (Pesquisa, desenvolvimento e inovação) do país, principalmente no que tange a esse tipo de novas tecnologias.
Contudo, em 2021, o Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI), na época liderado pelo astronauta Marcos Pontes, lança o Programa InovaGrafeno-MCTI por meio da Portaria n.º 4.964. Esse programa, mesmo ainda sem consequências consideráveis, trouxe à tona o estudo de nanomateriais e principalmente do potencial exploratório brasileiro. Também, essa nova medida serve de base para a Iniciativa Brasileira de Nanotecnologia (IBN), lançada em 2013 e instituída em portaria em 2019, sendo vista como principal programa estratégico para incentivo da nanotecnologia no país. Isso inicia um processo de preenchimento de uma importante lacuna no marco legal da nanociência.
Para concluir, o estudo do grafeno para produção em massa ainda está em estado muito inicial, visto o alto custo da pesquisa nanotecnológica. Por isso, vemos o mercado brasileiro caminhando a passos curtos em direção à produção de baixo custo desse tipo de material. Todavia, o investimento financeiro nessa fase inicial é essencial para que o país protagonize um desenvolvimento eficaz, explorando também os potenciais naturais dos ricos solos do Brasil e das mentes geniais de nossos pesquisadores.
Fontes:
Síntese do óxido de grafeno: estudo dos diferentes parâmetros da síntese pelo método da esfoliação eletroquímica do grafite / Fernanda Franco Massante. – Niterói: [s.n.]; 2018. 54 f.
Mario M. Andreatta