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Conheça o Grafeno, Material que Promete Substituir o Silício na Fabricação de Componentes Eletrônicos

Conheça o Grafeno

O silício, material utilizado em grande quantidade para a fabricação de processadores e outros componentes eletrônicos, parece estar com seus dias contados. Embora a cada ano surjam dispositivos mais eficientes, as limitações do material se tornam cada vez mais evidentes aos olhos dos desenvolvedores.

Nos últimos anos, a tendência para obter equipamentos melhores foi apostar na miniaturização dos componentes. Porém, conforme essa tecnologia mostra sinais de desgaste e se torna mais difícil alcançar desempenhos mais elevados, aumentam os esforços na busca por materiais baratos que sejam capazes de substituir o silício.

A aposta de material para os componentes do futuro é o grafeno, uma forma pura de carbono descoberta em 2004. Enquanto o silício suporta no máximo frequências entre 4 a 5 GHz, esse valor pode passar dos 500 Ghz caso o material utilizado seja o grafeno, devido às particularidades do material.

O Massachusetts Institute of Technology (MIT) desenvolveu um chip que tem o grafeno como base, capaz de multiplicar frequências. Após cruzar o chip, foi possível dobrar a frequência de um sinal eletromagnético, o que abre a possibilidade de criar componentes eletrônicos muito mais eficientes.

O que é o grafeno?

O grafeno é constituído por uma camada extremamente fina de grafite, o mesmo material encontrado em qualquer lápis comum. O que torna o material especial é a estrutura hexagonal com que seus átomos individuais estão distribuídos, que gera uma folha plana que, se enroladas, geram nanotubos de carbono.

Em um transistor, uma pequena corrente elétrica é utilizada para controlar uma porta por onde passa uma corrente muito maior: o componente funciona como uma chave que liga ou desliga a corrente conforme a necessidade do dispositivo.

Como o grafeno é um material extremamente fino e que permite que cargas elétricas fluam com facilidade, se mostra como uma alternativa ao silício na construção de transistores ainda mais eficientes.

Além de servir para a construção de transistores e multiplicadores de frequência, já se cogita utilizar o grafeno como substituto para o índio, material raro utilizado para a fabricação de televisores OLED.

Tecnologia sem prazo para virar padrão

O maior desafio enfrentado pelos desenvolvedores que apostam na nova tecnologia é conseguir tornar viável o processo de fabricação em larga escala. Como as folhas de grafeno possuem somente um átomo de espessura, a maioria dos componentes testados até o momento só foram possíveis por terem sido desenvolvidos em ambientes de laboratório.

Porém, tudo aponta que nos próximos anos haverá uma substituição gradual do silício pelo grafeno, como apontam as pesquisas feitas pelo Laboratório Nacional de Física, do Reino Unido.

Utilizando a mesma técnica utilizada para o crescimento de cristais, os pesquisadores foram capazes de desenvolver amostras de grafeno com 50 milímetros quadrados – pouco menor do que os processadores encontrados no mercado, e suficiente para a fabricação de componentes eletrônicos como transistores.

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Pesquisadores testam telas sensíveis a toques feitas de grafeno

Pesquisadores da Coreia do Sul e do Japão conseguiram, pela primeira vez, criar uma tela com mais de 70 cm² utilizando o grafeno, uma folha de carbono com a espessura de um átomo e com alta resistência por ser o material mais forte já descoberto.

A ideia de usar o material na criação de telas sensíveis ao toque foi impulsionada justamente por sua espessura e resistência, afinal, é possível criar placas transparentes e flexíveis que não se desgastarão com o tempo e resistirão a quedas e riscos.

Tela sensível ao toque de grafeno

A criação da tela foi levada a cabo na Universidade de Sungkyunkwan, localizada em Seul, capital sul-coreana. A equipe de pesquisadores, liderada por Byung Hee Hong e Jong-Hyun Ahn fez uso da técnica CVD (acrônimo para chemical vapour deposition ou, em português, deposição de vapor químico) para aplicar uma camada de grafeno sobre uma folha de cobre.

Posteriormente, a placa de cobre foi substituída para uma camada de polímero adesivo por meio de uma prensa e o resultado final disso também recebeu outra camada de grafeno por pressão. Por fim, o material foi aquecido para liberar o polímero adesivo.

Processo de criação da tela de grafeno. Imagem: Nature Nanotechnology

O mesmo processo foi repetido várias vezes para adicionar outras camadas de grafeno, visto que a substância não é livre de imperfeições que poderiam prejudicar seu desempenho. Contudo, mesmo após a inserção de várias novas camadas o material permaneceu com 97% de transparência.

Com isso se conseguiu a criação de uma folha de grafeno medindo 30 polegadas (aproximadamente 76 centímetros). O painel da tela contou também com os nanotransistores de grafeno que tornaram o equipamento, além de sensível ao toque e flexível, também resistente a altas tensões.

Nanico e resistente

O grafeno parece, realmente, ser o futuro da tecnologia. Além das telas sensíveis ao toque transparentes, leves e carregadas de tecnologia, muito se fala sobre a aplicação da substância na criação de transistores – elemento essencial em todo e qualquer eletrônico.

O transistor de grafeno tem o comprimento de dez átomos de carbono e a espessura de um único átomo. Como um átomo carbônico mede 0,1 nanômetro, logo, o transistor feito de grafeno mede 1 nanômetro. Para ter uma ideia, os chips modernos são construídos com transistores de 45 nanômetros.

Com a tendência à portabilidade e à miniaturização que segue a tecnologia, com celulares, tablets e e-readers cada vez mais repletos de funções anteriormente reservadas apenas a computadores, a possibilidade de um transistor feito com grafeno, minúsculo e resistente, aparece como um caminho bastante promissor.

Outro ponto importantíssimo que faz crer serem verdadeiras as afirmações que colocam o grafeno como a substância chave para o futuro da tecnologia é sua resistência. Cientistas da Universidade de Colúmbia confirmaram a substância como o material mais forte já medido pelo homem.

De acordo com o pesquisador James Hone, o grafeno é 200 vezes mais forte que o aço estrutural. Para furar uma folha simples de grafeno seria necessário equilibrar um elefante sobre um lápis. Só assim já dá para se ter uma ideia da enorme capacidade deste potente material.

O uso do grafeno

Apesar da tela sensível ao toque já estar sendo testada por pesquisadores, ainda é muito cedo para se alvoroçar e esperar algum produto com a substância lançado para o consumidor. Um dos principais motivos pode ser a vontade dos fabricantes, que talvez não vejam muito sentido em criar equipamentos com materiais extremamente resistentes e praticamente indestrutíveis.

De qualquer forma, a imaginação sempre é o limite e os entusiastas da tecnologia já colocaram as mangas de fora e encontraram inúmeras possibilidades para o grafeno. No vídeo abaixo você vê uma garota com sua “folha inteligente” de grafeno que funciona como tablet, notebook, telefone celular, relógio e por aí vai.

Outras aplicações para a substância são apontadas (além de telas sensíveis ao toque), como sensores moleculares, células solares e demais dispositivos de cristal líquido.

Fonte: Tecmundo

COMENTO: o assunto é muito interessante. Voltaremos a ele! Se o material pode ser tão resistente como foi afirmado, uma de suas aplicações pode ser a confecção de vestimentas de proteção anti-balas.

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