Grafenos

Os grafenos despertaram recentemente a atenção da comunidade científica por conta de suas propriedades físico-químicas superiores. As pesquisas atuais [1-10] estão voltadas às metodologias para produção de grafenos altamente puros, vislumbrando sua produção em larga escala. Em paralelo seguem estudos que visam aplicações destes materiais [11-16] em diversas áreas tecnológicas e biológicas.

Com sua alta cristalinidade e fascinantes propriedades, o grafeno é um material emergente com potencial aplicação em dispositivos eletrônicos e em sistemas biológicos. Basicamente, o material é uma folha plana de átomos de carbono em hibridizações sp² densamente compactados. Com apenas um átomo de espessura, esse novo material consiste de uma estrutura hexagonal de átomos de carbono, similar à dos favos de mel de uma colmeia. Como é um material bidimensional, todos os seus átomos estão expostos na superfície. Essa estrutura o proporciona propriedades únicas tais como alta densidade de corrente, alta capacidade térmica, transparência óptica, super-hidrofobicidade e biocompatibilidade quando funcionalizado. Essas propriedades são extremamente importantes para aplicações diversas, desde que a produção de grafenos seja comercialmente viável.

A obtenção de grandes folhas de grafeno é muito difícil. Uma das dificuldades a ultrapassar para explorar esse material é conseguir controlar sua fabricação, e principalmente desenvolver um procedimento de fabricação que seja industrializável. As metodologias mais utilizadas para obtenção do grafeno utilizam clivagem micromecânica e crescimento epitaxial. O primeiro é bastante empírico e não permite produzir folhas grandes para uma utilização industrial. As amostras obtidas pelo método de crescimento epitaxial apresentam problemas de uniformidade dimensional, e as propriedades intrínsecas do grafeno são às vezes modificadas pelas interações com o substrato subjacente. Outras técnicas atraentes são aquelas que utilizam a esfoliação da grafite, a deposição química a partir da fase vapor, rotas químicas e decomposição de substratos [17]. Todavia, todas estas metodologias estão em fase de desenvolvimento. Leia mais nas referências abaixo.

Referências

1. Berger C, Song Z, Li X, et al. Electronic confinement and coherence in patterned epitaxial graphene. Science 2006; 312: 1191-1196, DOI: 10.1126/science.1125925

2. Castro Neto AH, Guinea F, Peres NMR, et al. The electronic properties of graphene. Reviews of Modern Physics 2009; 81: 109-162, DOI: 10.1103/RevModPhys.81.109

3. Ferrari AC, Meyer JC, Scardaci V, et al. Raman spectrum of graphene and graphene layers. Physical Review Letters 2006; 97, DOI: 187401

10.1103/PhysRevLett.97.187401

4. Geim AK, Novoselov KS. The rise of graphene. Nature Materials 2007; 6: 183-191, DOI: 10.1038/nmat1849

5. Hu JT, Odom TW, Lieber CM. Chemistry and physics in one dimension: Synthesis and properties of nanowires and nanotubes. Accounts of Chemical Research 1999; 32: 435-445, DOI: 10.1021/ar9700365

6. Novoselov KS, Geim AK, Morozov SV, et al. Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene. Nature 2005; 438: 197-200, DOI: 10.1038/nature04233

7. Novoselov KS, Geim AK, Morozov SV, et al. Electric field effect in atomically thin carbon films. Science 2004; 306: 666-669, DOI: 10.1126/science.1102896

8. Stankovich S, Dikin DA, Dommett GHB, et al. Graphene-based composite materials. Nature 2006; 442: 282-286, DOI: 10.1038/nature04969

9. Thess A, Lee R, Nikolaev P, et al. Crystalline ropes of metallic carbon nanotubes. Science 1996; 273: 483-487, DOI: 10.1126/science.273.5274.483

10. Zhang YB, Tan YW, Stormer HL, et al. Experimental observation of the quantum Hall effect and Berry's phase in graphene. Nature 2005; 438: 201-204, DOI: 10.1038/nature04235

11. Balandin AA, Ghosh S, Bao W, et al. Superior thermal conductivity of single-layer graphene. Nano Letters 2008; 8: 902-907, DOI: 10.1021/nl0731872

12. Berger C, Song ZM, Li TB, et al. Ultrathin epitaxial graphite: 2D electron gas properties and a route toward graphene-based nanoelectronics. Journal of Physical Chemistry B 2004; 108: 19912-19916, DOI: 10.1021/jp040650f

13. Geim AK. Graphene: Status and Prospects. Science 2009; 324: 1530-1534, DOI: 10.1126/science.1158877

14. Kim KS, Zhao Y, Jang H, et al. Large-scale pattern growth of graphene films for stretchable transparent electrodes. Nature 2009; 457: 706-710, DOI: 10.1038/nature07719

15. Li D, Mueller MB, Gilje S, et al. Processable aqueous dispersions of graphene nanosheets. Nature Nanotechnology 2008; 3: 101-105, DOI: 10.1038/nnano.2007.451

16. Schedin F, Geim AK, Morozov SV, et al. Detection of individual gas molecules adsorbed on graphene. Nature Materials 2007; 6: 652-655, DOI: 10.1038/nmat1967

[17] 1. Choi W, Lahiri I, Seelaboyina R, et al. Synthesis of Graphene and Its Applications: A Review. Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences 2010; 35: 52-71, DOI: 10.1080/10408430903505036