Grafeno

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O Grafeno possui alta condutividade elétrica e térmica. Quando comparado com o cobre podemos observar a quantidade de elétrons na camada de valência onde o cobre possui uma enquanto o Grafeno possui quatro o que o torna bom condutor de eletricidade.

Se construirmos um condutor a partir do Grafeno com um micrômetro de espessura, o mesmo tem um comportamento excepcional transmitindo a corrente elétrica 100 vezes mais rápido do que qualquer outro condutor.

Comparando o silício e o Grafeno o menor transistor de cilício mede 45 nanômetros, já o de Grafeno mede 1 nanômetro permitindo a fabricação de circuitos extremamente finos.

É um material de extrema dureza, considerado o material mais duro do mundo. 200 vezes mais forte que o aço, devido a sua ligação atômica ser muito forte.

 Possui alta flexibilidade, possibilitando montagem de circuitos maleáveis, transparentes e impermeável.

Devido as suas características bidimensionais permite, por exemplo, criar eletrodos transparentes utilizado na criação de telas sensíveis. Com espessura de apenas um átomo. O Grafeno é o primeiro material 2D do mundo.

Silício: Atingiu-se o limite máximo no desenvolvimento de transistores, não sendo possível uma maior miniaturização. Suporta frequências que varia de 4 à 5 GHZ, ou seja, considerada limitada nos dias de hoje.

A variação de temperatura também é considerada uma desvantagem em suas aplicações.

Estrutura atômica do silício

Número atômico: 14

Possui 3 níveis e possui 4 elétrons na camada de valência 

Grafeno: Permite a construção de um transistor de apenas um nanômetro, considerando que um átomo possui um tamanho de 0,1 nanômetro é algo extremamente pequeno.

Suporta frequências na faixa de 500 GHZ, permitindo um aumento significativo na transmissão de dados. Possui alta eficiência térmica e excelente na transmissão de calor.

Estrutura atômica do Grafeno

É formado basicamente de carbono

Número atômico: 6

Possui dois níveis com 4 elétrons na camada de valência

No Grafeno existe três ligações covalentes no átomo de carbono e um elétron livre, o que permite uma boa condutividade elétrica.

O problema para a utilização do Grafeno está em desenvolver métodos para produção em escala industrial, pois os métodos utilizados atualmente ainda são ineficientes.

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• Condutividade => o grafeno por ter uma resistência  praticamente nula, ele se torna o  melhor condutor elétrico, Em virtude da estrutura hexagonal das ligações de carbono, os elétrons deslocam-se no interior dessas finas camadas em velocidades relativísticas, próximas à velocidade de luz.

• Espessura  => o grafeno é o material mais leve e mais fino do mundo tendo a espessura de um átomo, e o mais incrível de tudo que de acordo com a Universidade Rive, no Texas, mesmo sendo o material mais fino que existe, com apenas um átomo de espessura, ele continua sendo visível.

• Força   => O grafeno é o material mais resistente já conhecido  com força maior que a do aço, sendo capaz de suportar pressões de até 130 gigapascal,  o aço, suporta apenas um terço dessa pressão.

• Maleabilidade => O grafeno é um material com grande elasticidade, possibilitando que se estique até 25% do seu tamanho e ainda retorna ao seu formato original com facilidade

• Bidimensional => O grafeno é ligado por átomos de carbono em estrutura hexagonal, tendo apenas um átomo de altura em seu plano bidimensional.

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Propriedades mecânicas

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O grafeno é o material mais resistente já conhecido, sendo capaz de suportar pressões de até 130 gigapascal (130.109 Pa). Tamanha resistência decorre das fortes ligações químicas formadas entre seus átomos de carbono. Materiais largamente utilizados na construção civil, como o aço, suportam apenas um terço dessa pressão.

Outra propriedade interessante do grafeno é seu alto módulo de Young, indicando que, além de resistente, esse material é bastante elástico e, por isso, retorna ao seu tamanho original com relativa facilidade.

As pequenas áreas de cada hexágono de carbono são responsáveis pela alta impermeabilidade do grafeno, que pode ser usado como uma pequena rede capaz de segurar gases que vazam muito facilmente de seus recipientes, como o gás hidrogênio. Além de extremamente resistente, o grafeno é muito leve: sua densidade é de 0,77 g/ m², cerca de mil vezes mais leve que uma folha de papel.

 

Propriedades elétricas

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Os elétrons conseguem propagar-se no grafeno quase livremente sem sofrerem desvios ou colisões. Em virtude da estrutura hexagonal das ligações de carbono, os elétrons deslocam-se no interior dessas finas camadas em velocidades relativísticas, próximas à velocidade da luz.

Em temperatura ambiente, a resistividade elétrica do grafeno é a mais baixa que conhecemos, cerca de 10-6 Ω.m, menor que a resistividade da prata, o melhor condutor metálico conhecido.

 

Propriedades ópticas

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Apesar de ser uma camada de carbonos com altura de um único átomo, o grafeno é visível a olho nu, já que permite a passagem de 97% a 98 % da luz incidente. Esse comportamento óptico surge das propriedades relativísticas dos elétrons no grafeno. Isso implica que, ao amontoarem-se diversas folhas de grafeno, é possível produzir um corpo perfeitamente negro, capaz de absorver quase toda a radiação incidente sobre ele.

 

Propriedades térmicas

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Em virtude das suas propriedades eletrônicas, o grafeno é um excelente condutor térmico. Esse material é capaz de dissipar calor mais rápido que qualquer outro conhecido. Além disso, alguns estudos sugerem que sua temperatura de fusão seja de 4125 K, cerca de 3851° C.

 

O que se pode fazer com o grafeno?

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O grafeno é um dos materiais mais promissores conhecidos. Suas aplicações tecnológicas são vastas e limitam-se à capacidade de produção desse material em grandes escalas. Dispositivos como telas de LED dobráveis, células fotovoltaicas (painéis solares), telas sensíveis ao toque mais resistentes, transistores mais eficientes, supercapacitores, dissipadores de calor e superbaterias de celular são alguns exemplos de tecnologias possíveis por meio da aplicação do grafeno. Recentemente, um aluno da University State of California, mostrou que, submetendo-se um disco de grafeno a uma carga elétrica durante dois segundos, é possível manter aceso um LED por até 5 minutos.

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