O que é grafeno?

Na escola, você provavelmente aprendeu que o carbono vem em duas formas básicas, mas surpreendentemente diferentes (ou alótropos ), a saber, grafite (o material preto e macio nas “pontas” do lápis) e o diamante (os cristais superduros e brilhantes nas joias). O surpreendente é que esses dois materiais radicalmente diferentes são feitos de átomos de carbono idênticos . Então, por que o grafite é diferente do diamante? Os átomos dentro dos dois materiais são organizados de maneiras diferentes, e isso é o que dá aos dois alótropos suas propriedades completamente diferentes: a grafite é preta, opaca e relativamente macia (lápis macios e duros misturam grafite com outros materiais para fazer linhas mais escuras ou mais fracas ); o diamante é transparente e o material natural mais duro já descoberto.

Se foi isso que você aprendeu na escola, provavelmente terminou seus estudos há algum tempo, porque nos últimos anos os cientistas descobriram vários outros alótropos de carbono com propriedades ainda mais interessantes. Existem fulerenos (descobertos em 1985; gaiolas ocas de átomos de carbono, incluindo o chamado Buckyball, Buckminsterfullerene , feito de uma espécie de gaiola em forma de futebol de 60 átomos de carbono), nanotubos (descobertos em 1991; folhas planas de átomos de carbono enroladas em tubos incrivelmente finos e ocos com um nanômetro de diâmetro) – e (rolo de tambor) grafeno (descoberto em 2004).

Então, o que exatamente é grafeno? Observe dentro de muitos materiais sólidos familiares (incluindo a maioria dos metais) e você encontrará o que é conhecido como estrutura cristalina (outro nome para a estrutura cristalina interna de um sólido): muitos átomos organizados em uma estrutura tridimensional regular, infinitamente repetida um pouco como uma estrutura de escalada atômica, só que em vez de barras há ligações invisíveis entre os átomos que os mantêm juntos. Diamante e grafite têm uma estrutura tridimensional, embora seja completamente diferente: no diamante, os átomos estão fortemente ligados em tetraedros tridimensionais, enquanto na grafite, os átomos estão fortemente ligados em camadas bidimensionais, que são mantidas nas camadas acima e abaixo por forças relativamente fracas.

O grafeno é uma única camada de grafite. O notável é que sua estrutura cristalina é bidimensional . Em outras palavras, os átomos do grafeno são dispostos de forma plana, como bolas de bilhar em uma mesa. Assim como no grafite, cada camada de grafeno é feita de “anéis” hexagonais de carbono (como muitos anéis de benzeno conectados entre si, apenas com mais átomos de carbono substituindo os átomos de hidrogênio ao redor da borda), dando uma aparência de favo de mel. Como as camadas têm apenas um átomo de altura, você precisaria de uma pilha de cerca de três milhões dessas camadas para fazer o grafeno com 1 mm de espessura!

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