O grafeno já foi um material
impossível, enquanto hoje é apenas impossivelmente incrível.
Depois de tantas aplicações
interessantes que já descobrimos para ele, uma nova pesquisa da Universidade de
Arkansas (EUA) revelou mais uma que pode se tornar a melhor de todas: a
ondulação do grafeno gera um fenômeno físico em escala atômica que poderia ser
explorado como uma maneira de produzir energia barata praticamente ilimitada.
Do grafite ao grafeno
Todos estamos
familiarizados com o material preto com base em carbono chamado de grafite,
comumente combinado com um material cerâmico para ser utilizado em lápis e
lapiseiras. Certo?
Os riscos que
vemos no papel são na verdade folhas de átomos de carbono dispostas em um
padrão hexagonal. Uma vez que estas folhas não estão ligadas entre si, deslizam
facilmente uma sobre a outra.
Durante anos,
cientistas se perguntaram se era possível isolar tais folhas de grafite uma das
outras, ou seja, fazer um plano bidimensional hexagonal de carbono existir
sozinho.
Em 2004,
físicos da Universidade de Manchester conseguiram o improvável, isolando folhas
de um pedaço de grafite com apenas um átomo de espessura.
Para existir,
o material 2D teve que trapacear as leis de alguma forma, atuando como um
material 3D para ter algum nível de robustez. Esse truque utiliza a vibração
aleatória de átomos, dando à folha 2D de grafeno uma terceira dimensão
acessível.
O
objetivo inicial
Em outras
palavras, o grafeno é possível porque não é perfeitamente plano, mas sim vibra
a um nível atômico de tal forma que suas ligações não se revelam
espontaneamente.
A equipe de
físicos deste estudo, por sua vez, tinha o simples objetivo inicial de observar
como o grafeno vibra.
Para medir
com precisão o nível dessa ondulação, o físico Paul Thibado e seus colegas
colocaram folhas de grafeno em uma grade de cobre de suporte, a fim de
acompanhar as mudanças nas posições dos átomos usando um microscópio.
Enquanto eles
puderam registrar o balanço dos átomos no grafeno, os números não se encaixavam
em nenhum modelo esperado. Eles não podiam reproduzir os dados de um teste para
o outro.
O que
está acontecendo aqui?
Os alunos de
pós-graduação achavam que o estudo estava se revelando inútil; que eles não
iriam concluir nada a partir dos dados.
Thibado, no
entanto, se perguntava se eles não estavam fazendo a pergunta errada. Puxando o
experimento para uma direção diferente, os pesquisadores separaram cada imagem
em “sub-imagens”, olhando para as médias em uma escala menor. Em larga escala,
os dados escondiam os diferentes padrões.
“Cada região
de uma única imagem, quando visualizada ao longo do tempo, produziu um padrão
mais significativo”, explicou Thibado.
Padrões de
pequenas flutuações aleatórias que se combinam para formar mudanças repentinas
e dramáticas são conhecidas como “voos de Lévy”. Embora tenham sido observados
em sistemas complexos de biologia e clima, esta foi a primeira vez em que foram
vistos em uma escala atômica.
A surpresa
Ao medir a taxa e a escala dessas ondas de grafeno, Thibado imaginou
que seria possível aproveitá-las como uma fonte de energia de temperatura
ambiente.
Enquanto a temperatura do grafeno permite que os átomos se desloquem desconfortavelmente, ele continua a ondular e dobrar.
Enquanto a temperatura do grafeno permite que os átomos se desloquem desconfortavelmente, ele continua a ondular e dobrar.
Coloque eletrodos em ambos os lados deste grafite, e você tem
uma pequena tensão de mudança.
Com os cálculos de Thibado, um único pedaço de grafeno de dez
mícron por dez mícron poderia produzir dez microwatts de energia. Dado que cabe
mais de 20.000 desses quadrados na cabeça de um alfinete, uma pequena
quantidade de grafeno à temperatura ambiente poderia poder ser capaz de fazer
um relógio de pulso funcionar indefinidamente.
Uma das aplicações mais interessantes, no entanto, são implantes
biológicos que poderão trabalhar sem necessidade de baterias pesadas.
Próximos passos
A descoberta é promissora, mas certamente precisamos de mais
estudos para definir se tais aplicações são mesmo práticas.
A boa notícia é que Thibado já está trabalhando com cientistas
da US Naval Research Laboratory (em tradução livre, Laboratório de Pesquisa
Naval dos EUA) para ver se o conceito de fato se mantém.
Talvez este seja o nascimento de um novo campo de dispositivos
eletrônicos.
A pesquisa foi publicada na revista científica Physical Review
Letters. [ScienceAlert]
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