Pesquisadores da Universidade de Manchester trabalhando com o grafeno (Fonte da imagem: Divulgação/Universidade de Manchester)

Se você acompanha de forma regular tudo o que postamos aqui no Tecmundo, você com certeza já leu algum artigo sobre o grafeno. Não é para menos, pois atualmente esse nanomaterial é a grande vedete dos estudos tecnológicos. E, acredite, toda a empolgação dos cientistas – e também das grandes empresas – sobre a descoberta pode ser facilmente justificável.

A Nokia, por exemplo, anunciou recentemente que investiria mais de um bilhão de dólares em estudos envolvendo o grafeno, dinheiro que é, inclusive, oriundo de um fundo criado para financiar trabalhos desenvolvidos exclusivamente sobre o material.

As propriedades do grafeno são únicas e, ao que tudo indica, podem ser aplicadas em diversos usos diferentes. Ele é ultraleve, é 100 vezes mais rápido que o silício, se mostra 200 vezes mais forte do que o aço e tem diversas características ópticas e térmicas que, pelo menos nos testes básicos, são surpreendentemente favoráveis a diversas aplicações.

Assim, enquanto em alguns casos o material pode baratear custos, em outros ele vem se mostrando capaz de apresentar resultados mais eficientes e confiáveis. Mas, afinal de contas, de quais aplicações estamos falando?

Crucial para o futuro da tecnologia

O grafeno tem sido considerado por algumas companhias como um dos salvadores do futuro da tecnologia. Por quê? Bem, os cientistas vêm se desdobrando para conseguir desenvolver circuitos de silício cada vez menores, um desafio que pode se tornar impossível de ser superado dentro de pouco tempo.

Grafeno sendo extraído (Fonte da imagem: Reprodução/Universidade de Manchester)

Isso acontece devido ao fato de que, quanto menores são os ambientes de trabalho, mais instáveis os elétrons acabam ficando – comportando-se mais ou menos como uma gota de água que cai em cima de uma chapa superquente.

E é aí que o grafeno entra. Muitos pesquisadores acreditam que as propriedades quânticas do material permitirão que os novos circuitos fabricados com ele sejam menores e ainda mais eficientes.

Melhor qualidade de áudio

A criação de fones de ouvido com qualidade nunca antes vista é a prova de que a aplicação do grafeno pode abranger diversos ramos diferentes da tecnologia. A ideia partiu de alguns pesquisadores da Universidade da Califórnia, que desenvolveram o primeiro fone de ouvido de grafeno do planeta.

Fones cheios de qualidade sonora (Fonte da imagem: Reprodução/ExtremeTech)

O que eles fizeram foi recriar a tradicional estrutura de um alto-falante, aproveitando todas as propriedades revolucionárias do material. Trocando em miúdos, sabemos que um alto-falante tradicional trabalha com a vibração de um diafragma de papel; é a sua movimentação que produz as frequências sonoras. O problema é que ele precisa contar com “amortecedores”, além de se desgastar com o tempo e não ter 100% de fidelidade.

O invento dos cientistas traz um diafragma feito de grafeno e que possui apenas 30 nanômetros de espessura. Preso entre dois eletrodos de silício (são eles que permitem a vibração do material para a produção do som), ele se mostrou incrivelmente resistente e fiel, trazendo uma qualidade de áudio próxima à dos principais produtos atualmente no mercado – isso que estamos falando de um protótipo extremamente rústico.

Uma internet bem mais veloz

Entre os estudos realizados com o grafeno existem também alguns trabalhos que visam aplicar o material em uma nova espécie de cabo de transmissão de dados para a internet. Segundo uma pesquisa publicada pela revista Nature Communication, a ideia é aproveitar toda a velocidade alcançada pelos elétrons no grafeno – as células se movem nele centenas de vezes mais rapidamente do que nos cabos atualmente utilizados.

Internet bem mais rápida (Fonte da imagem: Reprodução/iStock)

Valendo-se de uma combinação do grafeno com algumas minúsculas estruturas metálicas conhecidas como nanoestruturas plasmônicas, os cientistas conseguiram fazer com que o material seja capaz de absorver mais luz – algo que era o principal obstáculo na utilização do grafeno nesse tipo de trabalho.

O estudo foi conduzido em 2011 e na equipe estão inclusive os dois cientistas russos que descobriram o grafeno em 2010, Andre Geim e Kostya Novoselov. Assim, novidades nesse sentido deverão surgir nos próximos anos.

Já em outra pesquisa, essa feita pelos cientistas da Universidade de Berkeley, na Califórnia, descobriu-se que talvez o segredo não esteja nos cabos, mas sim nos moduladores de rede – equipamento responsável por gerenciar o envio dos pacotes na internet.

No trabalho, liderado pelo professor de engenharia Xiang Zhang, o grupo de estudo construiu um modulador com capacidade de transmissão muito superior à dos atuais. De acordo com eles, a invenção pode elevar a velocidade da transmissão de dados a taxas que chegam aos 100 terabits.

Pode limpar a água

Além de servir para a evolução dos mais diversos equipamentos eletrônicos, o grafeno também apresenta diversas outras aplicações – como purificar a água, por exemplo, inclusive transformando a água salgada em potável. A ideia é simples e segue os mesmos princípios dos filtros tradicionais.

Reprodução artística de uma folha de grafeno (Fonte da imagem: Reprodução/Universidade de Manchester)

O processo, criado por pesquisadores do Massachusetts Institute of Technology (MIT), consiste em fazer com que a água salgada passe por dentro de um filtro extremamente fino e construído com grafeno. Nele, somente as moléculas do líquido podem passar, ou seja, ele é capaz de reter todo o sal presente nele.

Além do sal, o grafeno também tem se mostrado eficiente na hora de eliminar outros elementos da água – inclusive a radioatividade. Um trabalho desenvolvido em conjunto pela Universidade Rice, nos EUA, e pela Universidade Estatal de Moscou, na Rússia, mostrou que o óxido de grafeno pode ser utilizado para eliminar materiais radioativos do líquido.

Limpando a água contaminada (Fonte da imagem: Reprodução/Universidade Rice)

Tudo porque ele seria capaz de fazer com que as toxinas presentes na água acabem se aglomerando, criando grandes flocos de “sujeira”. Isso tornaria bem mais fácil o trabalho de identificar e eliminar esse tipo de poluição. Só é preciso cuidado, pois a água com grafeno também pode se transformar em algo extremamente corrosivo.

Baterias mais eficientes

As baterias são um dos campos de estudo mais abordados pelas universidades do mundo todo quando o assunto é o grafeno. As propriedades do material vêm sendo aplicadas de diversas maneiras – e vários resultados bem positivos já apareceram em testes relativamente simples.

Algumas descobertas vêm acontecendo até mesmo por acaso. Recentemente, um aluno da UCLA, nos Estados Unidos, buscava novas maneiras de fabricar folhas de grafeno. Enquanto realizava as suas experiências, ele acabou, sem querer, descobrindo uma forma de criar um supercapacitor. Basicamente ele criou um disco de grafeno que, com apenas dois segundos de carga, conseguiu manter um LED aceso por cinco minutos.

alguns engenheiros da Universidade de Stanford, também nos EUA, pegaram um modelo antigo de bateria de níquel e aço e simplesmente substituíram o carbono, um dos elementos presentes na solução responsável por fazer a condução de energia, por grafeno. Com isso, eles conseguiram fazer com que a bateria tivesse a sua carga totalmente completada em poucos minutos – acelerando a recarga do dispositivo em “apenas” mil vezes.

Baterias flexíveis (Fonte da imagem: Reprodução/RSC)

Ainda em 2011, logo após a “descoberta” do grafeno, pesquisadores do KAIST (Korea Advanced Institute of Science and Technology) já trabalhavam em uma bateria usando o material. Segundo os coreanos, uma bateria flexível poderia apresentar um desempenho muito bom – além de ser útil para os gadgets dobráveis que vêm sendo desenvolvidos pelas grandes companhias de eletrônicos.

E as ideias não param por aí. Cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, nos Estados Unidos, criaram um nanocomposto de grafeno com estanho que deu forma a alguns eletrodos bem mais potentes do que os usados atualmente.

Novas baterias (Fonte da imagem: Reprodução/Universidade Northwestern)

Enquanto isso, na Universidade Northwestern, também nos EUA, os estudiosos trabalham no desenvolvimento de baterias com um conceito inovador. Elas contariam com várias camadas de grafeno, e o íon de lítio seria inserido entre essas “lâminas”. O resultado, segundo o trabalho, seria algo capaz de fazer esses componentes durarem até dez vezes mais do que as baterias utilizadas atualmente.

Novos semicondutores, circuitos, chips...

Uma das principais indústrias que estão de olho no desenvolvimento das tecnologias do grafeno é a de semicondutores. Isso porque várias das propriedades do material são muito interessantes para a criação desse tipo de produto.

Buscando novas tecnologias (Fonte da imagem: Reprodução/SammyHub)

O grafeno possui 200 vezes mais mobilidade de elétrons do que o silício usado nos componentes atuais, por exemplo. Tal característica, segundo o Advanced Institute of Technology (SAIT), seria capaz de produzir, por exemplo, processadores com até 300 GHz de frequência.

Enquanto isso, os cientistas da Universidade de Wisconsin-Milwaukee, nos EUA, trabalham no desenvolvimento de transistores com base em um submaterial obtido a partir do grafeno: o monóxido de grafeno. A principal vantagem do novo material seria a sua versatilidade, uma vez que ele consegue ser isolante, condutor e semicondutor. Já os pesquisadores na Universidade de Cambridge, na Inglaterra, descobriram que o grafeno pode ser utilizado para a criação de transistores transparentes.

Nanochips também estão sendo estudados – e algumas pesquisas conduzidas pelo MIT (Massachusetts Institute of Technology) mostram que o DNA pode trabalhar em conjunto com o grafeno no desenvolvimento de novas e revolucionárias tecnologias.

O DNA e o grafeno. Uma combinação perfeita? (Fonte da imagem: Reprodução/Wikimedia Commons)

Falando de forma mais simplificada (se é que isso é possível), os cientistas descobriram que uma simples molécula de DNA pode servir como uma espécie de forma para o grafeno, algo que teoricamente tornaria possível a impressão dos circuitos.

Mais, muito mais

Além dos tópicos apresentados nesse artigo, o grafeno ainda tem um potencial de uso praticamente infinito. A cada dia novas pesquisas envolvendo o material aparecem, incluindo a criação de roupas, novas e melhores telas com sensibilidade a toques ou o desenvolvimento de materiais superleves e resistentes.

Estimativas apontam que produtos utilizando o material podem aparecer antes de 2020, incluindo telas touchscreen e diversos outros equipamentos. Será que essa descoberta se confirmará mesmo revolucionária?