GRAFENO - UMA NOVA POTENCIAL REVOLUÇÃO TECNOLÓGICA TAMBÈM PARA O SOLAR FOTOVOLTAICO

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O grafeno tem sido considerado o material do futuro por muitos especialistas. Ele é uma espécie de folha finíssima que é constituída por carbono e tem a espessura de um átomo.
O grafeno é um cristal bidimensional formado por ligações entre átomos de carbono, com hexágonos que formam algo parecido com uma rede de arame ou a rede de um gol. Ele é, portanto, mais um alótropo sintético do carbono, sendo proveniente de um de seus alótropos naturais, a grafite, a mesma usada nos lápis para escrever. Esse material possui propriedades extraordinárias, tais como as mostradas a seguir:


• é finíssimo – possui a espessura de um átomo;
• é altamente resistente – ele é cerca de 200 vezes mais resistente que o aço e é mais forte que o diamante, dentro das suas proporções;
• é flexível; o grafeno é um material leve, flexível, muito resistente e transparente
• possui alta condutividade térmica e elétrica – sua condutividade elétrica é100 vezes mais rápida que a do cobre, que é o condutor mais utilizado no mundo. Estudos iniciais mostraram que a velocidade dos elétrons no grafeno é de 1000 km/s (60 vezes mais rápido que o silício, que é o elemento usado atualmente em semicondutores, transistores para chips,células solares e uma infinidade de circuitos eletrônicos) e pode chegar a uma velocidade de 3000 km/s com uma qualidade muito boa desse cristal;
• é impermeável – sendo capaz de impedir a passagem até mesmo do hélio, um gás extremamente leve;
• tem elevada dureza;
• é muito leve e fino, como a fibra de carbono, mas mais flexível. Com 1,0 grama de grafeno, é possível recobrir uma superfície de 2700 m2;
• tem menor efeito Joule – perde menos energia na forma de calor ao conduzir os elétrons;
• é transparente – transmite 97,5% da luz;
• é barato – sua matéria-prima é abundante (o grafeno pode ser proveniente de qualquer material de carbono);
• pode autorreparar-se.

grafeno brasilAs propriedades desse material passaram a ser mais estudadas e divulgadas em 2004 pelos cientistas Andre Geim e Konstantin Novoselov, da Universidade de Manchester, que, por isso, receberam o Prêmio Nobel de Física de 2010. Eles obtiveram o grafeno quando realizavam a limpeza da superfície de uma placa de grafite, desgastando-a aos poucos em uma fita adesiva. Quando analisaram os resíduos da grafite que ficaram na fita em um microscópio atômico, viram que esses resíduos mantiveram a estrutura cristalina hexagonal da grafite e que possuíam também um peculiar arranjo simétrico de elétrons que aumentava sua condutividade. No grafeno, os elétrons comportam-se como se não tivessem massa. Testes mostraram que ele funcionava muito bem como transistor.

Andre Geim e Konstantin Novoselov ganharam o Prêmio Nobel de Física de 2010 pelas descobertas relacionadas com o grafeno.
Assim, visto que todas as qualidades mencionadas foram encontradas em um único material, as pesquisas sobre as possibilidades de utilização do grafeno alavancaram, prometendo ser uma revolução tecnológica.
Entre as possíveis aplicações do grafeno que poderiam mudar o mundo que conhecemos estão na geração de energia, como em painéis solares, em células de hidrogênio e em baterias de grande duração-
Há aproximadamente um ano, um grupo de pesquisadores do Instituto de Ciências fotónicas de Barcelona (ICFO) jà mostrou indiretamente que o grafeno é capaz de transformar um único fotão em múltiplos eletrões; isto é, que poderia ser altamente eficaz para a transformação da luz em eletricidade.
Agora, um grupo de cientistas daEscola Politécnica Federal de Lausana (EPFL) conseguiu demonstrar como se produz este fenómeno. O trabalho, que já foi publicado na revista Nano Letters, abre a possibilidade de criar uma nova geração de dispositivos fotovoltaicos muito avançados com este material.
Os cientistas sabiam que quando o grafeno absorvia um fotão, gerava múltiplos eletrões com energia suficiente para conduzir uma corrente elétrica. O impasse enfrentado pelos cientistas era que este fenómeno de conversão dos fotões em eletricidade ocorre com tamanha velocidade que as técnicas convencionais não podiam detetá-lo.
A novidade agora é que uma equipa formada por cientistas de várias universidades (a EPFL da Suíça, a Aarhus da Dinamarca e o Centro Elettra da Itália), desenvolveram um novo método de espetroscopia denominado “de fotoemissão em tempo ultrarrápido e com resolução de ângulo” (trARPES) que agora o permite.
O pesquisador do ICFO Frank Koppens comentou que este trabalho “demonstra que,graças às propriedades optoeletrónicas do grafeno, é possível o controlo elétrico eficaz da luz a escalas nanométricas“. Os resultados da investigação podem possibilitar uma nova geração de nano-sensores com aplicações em diversas áreas como a das biomoléculas, as células solares e os detetores de luz, assim como no processamento de informação quântica.