Uma nova pesquisa revela porque o grafeno não transformou a eletrônica como prometido, e mostra como dobrar seu desempenho e, finalmente, aproveitar o potencial extraordinário desse super-material. O grafeno é o material mais forte já testado. Também é flexível, transparente e conduz calor e eletricidade 10 vezes melhor que o cobre. Depois que a pesquisa em grafeno ganhou o Prêmio Nobel de Física em 2010, foi saudada como um material transformador para a eletrônica flexível, wearables, tecidos inteligentes, chips de computador, painéis solares mais potentes, filtros de água e biossensores.
Mas o desempenho tem sido misto e a adoção pela indústria está lenta. Agora, um estudo publicado na Nature Communications identifica a contaminação por silício como a causa raiz de resultados decepcionantes e detalha como produzir grafeno puro de melhor desempenho. A equipe da Universidade RMIT, liderada pela Dra. Dorna Esrafilzadeh e pelo Dr. Rouhollah Ali Jalili, inspecionou amostras de grafeno comercialmente disponíveis, átomo por átomo, com um microscópio eletrônico de transição de varredura de última geração.
“Encontramos altos níveis de contaminação por silício no grafeno comercialmente disponível, com impactos maciços no desempenho do material“, disse Esrafilzadeh. Os testes mostraram que o silício presente na grafita natural, a matéria-prima usada para fazer o grafeno, não estava sendo totalmente removido quando processado. “Acreditamos que esta contaminação está no coração de muitos relatos aparentemente inconsistentes sobre as propriedades do grafeno e talvez muitos outros materiais bi-dimensionais (2-D) atomicamente finos”, disse a pesquisadora.
“O grafeno foi considerado transformador, mas até agora não conseguiu causar um impacto comercial significativo, assim como alguns nanomateriais bidimensionais similares. Agora, sabemos por que ele não está funcionando como prometido e o que precisa ser feito para aproveitar potencial total.” Os testes não só identificaram essas impurezas, mas também demonstraram a maior influência que eles têm no desempenho, com o material contaminado tendo desempenho até 50% inferior quando testado como eletrodos.
“Esse nível de inconsistência pode ter bloqueado o surgimento de aplicações industriais importantes para sistemas baseados em grafeno. Mas também está impedindo o desenvolvimento de estruturas reguladoras que governam a implementação de tais nanomateriais em camadas, que estão destinados a se tornar a espinha dorsal de dispositivos de última geração”, disse ela.
A propriedade bidimensional da cobertura de grafeno, que tem apenas um átomo de espessura, a torna ideal para armazenamento de eletricidade e novas tecnologias de sensores que dependem de alta área de superfície. Este estudo revela como essa propriedade 2-D é também o calcanhar de Aquiles do grafeno, tornando-o tão vulnerável à contaminação da superfície, e ressalta a importância da grafite de alta pureza para a produção de grafeno mais puro.
Usando grafeno puro, os pesquisadores demonstraram como o material funcionava extraordinariamente bem quando usado para construir um supercapacitador, uma espécie de super bateria. Quando testada, a capacidade do dispositivo para manter a carga elétrica era enorme. De fato, foi a maior capacidade registrada para o grafeno.
Em colaboração com o Centro de Materiais Avançados e Química Industrial da RMIT, a equipe usou o grafeno puro para construir um sensor versátil de umidade com a mais alta sensibilidade e o menor limite de detecção já relatado. Essas descobertas constituem um marco vital para o entendimento completo de materiais bidimensionais atomicamente finos e sua integração bem-sucedida em dispositivos comerciais de alto desempenho. “Esperamos que esta pesquisa ajude a desvendar o potencial empolgante desses materiais .“
Fonte : Phys.org