O que é que o diamante, a grafite e o grafeno têm em comum? Os átomos de carbono. E só isso. Cada um destes materiais é composto exclusivamente por átomos de carbono, mas as condições do ambiente onde se formaram, incluindo a pressão e temperatura, fizeram com que os átomos se organizassem de formas diferentes, conferindo propriedades completamente distintas aos materiais. A base são os hexágonos, mas enquanto o diamante forma cristais tridimensionais, a grafite forma camadas e o grafeno é uma única camada de átomos.

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As propriedades do grafeno são tão interessantes que Nuno Peres, físico teórico da Universidade do Minho, se dedica a estudá-las desde 2004, em particular a propagação da corrente elétrica e a interação com a luz. “Faço modelos físicos e matemáticos das propriedades do material tentando perceber o que é medido nos laboratórios”, contou o investigador ao Observador.

“A explicação do valor da transparência do grafeno foi investigado teoricamente no nosso grupo. A maneira como a corrente elétrica se propaga no grafeno e o efeito de como as deformações induzidas no material podem afetar a interação da luz com esse material também foi inicialmente investigada no nosso grupo”, disse Nuno Peres.

Este ano, à semelhança do que aconteceu o ano passado, Nuno Peres foi o cientista, pertencente a uma instituição portuguesa, com mais impacto a nível mundial – mais de 16 mil citações em 2015 -, segundo a lista “Thomson Reuters Highly Cited Researchers 2015” elaborada pelo Instituto para a Informação Científica. O cientista de 48 anos é também coautor do artigo de revisão mais citado sobre o grafeno, editado pelo jornal “Reviews of Modern Physics”, referiu um comunicado de imprensa da Universidade do Minho. O físico justifica que o grupo com o qual trabalha consegue ter tanto impacto a nível internacional porque têm boas parcerias, como os dois prémios Nobel da Física 2010, Andre Geim e Konstantin Novoselov, galardoados graças às experiências inovadoras com o grafeno.

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O que é o grafeno?

O grafeno é um material composto exclusivamente por átomos de carbono arranjados em hexágonos – sendo os átomos os vértices da figura. Estes hexágonos ligam-se uns aos outros num único plano, como uma folha com um único átomo de espessura.

“Imagine-se uma folha de papel que se torna cada vez mais fina, até que a espessura da folha seja de um único átomo. Quando chegamos a esse limite de um único átomo, se tivermos apenas átomos de carbono arranjados de uma certa maneira, temos este material que se chama grafeno”, ilustrou Nuno Peres.

Os primeiros cristais de grafeno só foram isolados em 2004 pelos investigadores da Universidade de Manchester (Reino Unido), Andre Geim e Konstantin Novoselov, que graças a isso receberam o prémio Nobel em 2010. Na verdade, o grafeno corresponde a uma das várias camadas que compõe a grafite e os investigadores conseguiram obtê-lo da forma mais simples – ficou colado numa tira de fita-cola.

Quais as características mais importantes do grafeno?

  • Os átomos de carbono estão arranjados numa estrutura bidimensional – o único material que se conhece com esta propriedade;
  • é o mais leve de todos os materiais conhecidos;
  • é também o material mais forte: mais forte que o diamante e cerca de 300 vezes mais forte que o ferro;
  • é um material transparente e que, apesar de ter apenas um átomo de espessura, consegue ver-se a olho nu;
  • as folhas de grafeno são extremamente maleáveis e podem assumir qualquer forma que se deseje;
  • é um bom condutor de calor e um bom condutor da corrente elétrica – ainda melhor do que o cobre.

Quais as principais aplicações do grafeno?

“O grafeno é um material que tem inúmeras aplicações – dependendo das suas propriedade -, na medicina, eletrónica, optoeletrónica, nas células solares ou em materiais compósitos – para produzir materiais mais resistentes”, disse Nuno Peres. A essas utilizações podem juntar-se também a indústria automóvel e aeroespacial, as pinturas e revestimentos ou as comunicações.

Propriedades do grafeno Exemplos de aplicações
Bom condutor da corrente elétrica Micro e nanoeletrónica
Transparente à luz visível e bom condutor Elétrodo em células solares
Propriedades elásticas Sensor de deformações e de pressões, como na engenharia civil ou associado a próteses

O que é o Graphene Flagship?

O Graphene Flagship, lançado em 2013, é um projeto que junta várias instituições europeias – o maior consórcio europeu de investigação, segundo a página do projeto. É promovido e financiado, em mil milhões de euros, pela Comissão Europeia durante 10 anos.

  • 142 grupos de investigação académicos e industriais
  • 23 países
  • 10 anos
  • 1.000 milhões de euros

“O objetivo é levar o grafeno dos laboratórios de investigação até às estantes de comercialização de produtos”, explicou Nuno Peres, que coordena a única equipa portuguesa a participar neste grupo. “É um esforço coletivo da União Europeia para transformar este material num produto que seja útil à sociedade em geral.”