Muitos cientistas consideram o grafeno como um dos materiais potencialmente mais úteis já criados. A cadeia de carbono com espessura atômica é forte, leve e promete ter muitas aplicações, desde o armazenamento de energia à remoção de poluição até o uso como revestimento à prova de água.
Embora o grafeno seja estudado desde a década de 1940, os cientistas tiveram dificuldade considerável em construí-lo em uma forma estruturalmente útil em um nível tridimensional. Mas agora cientistas do MIT descobriram como fazer isso, deixando o material com o potencial de ser mais leve e mais forte do que o aço.
A nova pesquisa marca um passo importante para o material. A estrutura hexagonal é essencialmente um nanotubo de carbono “desenrolado”, com apenas um átomo de espessura, normalmente apenas funcional em um nível bidimensional.
Apesar dessa limitação, o grafeno é mais de 100 vezes mais resistente do que o aço.
Converter essa força bidimensional em uma estrutura utilizável para materiais de construção tridimensionais tem sido durante anos uma espécie de “santo graal” para os pesquisadores de grafeno.
A revista Science Advances publicou os resultados do estudo do MIT, descrevendo como os pesquisadores criaram um material de grafeno poroso tridimensional. Durante a síntese do grafeno, a equipe adicionou calor e pressão para comprimir pequenos flocos de grafeno juntos, criando complexas estruturas esponjosas semelhantes a corais e diatomáceas, uma espécie de algas unicelulares.
Essas estruturas, embora não muito densas, têm uma grande área de superfície e são extremamente fortes: uma amostra de grafeno tinha apenas 5% da densidade de aço, mas era 10 vezes mais forte.
Os pesquisadores esperavam criar estruturas de grafeno que seriam mais leves do que o ar, mas a modelagem computacional a um nível atômico descobriu que tais estruturas seriam esmagadas pela pressão de ar externa.
Mas os cientistas criaram modelos escalonados, impressos em 3D, de estruturas geométricas complexas chamadas giroides que teoricamente poderiam formar a base de uma nova classe de materiais superfortes e leves que nem sequer seriam necessariamente limitados ao grafeno.
“Você pode substituir o material em si por qualquer coisa”, disse Markus Buehler, principal autor do estudo, em um comunicado do MIT. “A geometria é o fator dominante, é algo que tem potencial para ser aplicado em muitas coisas.”
Teoricamente, um grafeno projetado com essas formas de giroides em um nível microscópico poderia ser ainda mais forte do que grafeno poroso mais resistente que a equipe foi capaz de criar. “Uma vez que criamos essas estruturas tridimensionais, queríamos ver qual é o limite, qual é o material mais forte que podemos produzir”, disse Zhao Qin, co-autor do estudo.
O novo estudo do MIT baseia-se no trabalho de cientistas como Andre Geim e Knostantin Novoselov, que venceu o Prêmio Nobel de Física 2010 por isolar o grafeno. Depois de o material ser isolado, em 2004, cientistas de todo o mundo começaram a estudar seus usos práticos.
Trabalhos subseqüentes demonstraram que o material é pelo menos 100 vezes mais forte do que o aço, conduz a eletricidade mais eficientemente do que o cobre, é altamente flexível e o mais transparente conhecido, notavelmente eficiente na condução do calor.
O grafeno “tem todo o potencial para mudar sua vida da mesma forma que os plásticos fizeram”, disse Andre Geim à Associated Press depois que o Comitê do Nobel anunciou que ele e seu colega Konstantin Novoselov ganharam o prêmio de US $ 1,5 milhão. “É realmente emocionante.”
Por enquanto, a capacidade de criar giroscópios idealmente fortes na escala do grafeno atômico não é viável. Mas os pesquisadores do MIT esperam que, um dia, o conhecimento geométrico adquirido com o estudo possa ser usado para criar materiais de construção mais fortes para qualquer coisa, desde dispositivos pessoais até edifícios.
