Este material, composto por uma camada unidimensional de átomos de carbono, começou a despertar a atenção das grandes indústrias desde seu auge em 2004, graças a características altamente promissoras, como resistência, flexibilidade e elevada condutividade térmica e elétrica. Vinte anos depois, ele já está presente em avanços tecnológicos extraordinários.
Embora sua ligação química e estrutura tenham sido descobertas na década de 1930, o grafeno foi ignorado durante décadas, até que, em 2004, ganhou uma nova vida, quando Andre Geim e Konstantin Novoselov conseguiram isolá-lo à temperatura ambiente, extraindo uma lâmina finíssima (com a espessura mínima permitida pelas leis da física), que manteve propriedades físicas excepcionais. Falamos com Mar García Hernández, professora de pesquisa do Instituto de Ciências de Materiais de Madri do CSIC, sobre os avanços e os obstáculos atuais da indústria do grafeno.
Mar, pesquisadora na área de materiais avançados, já nos falava em 2019 sobre os progressos que estavam sendo feitos em setores tão diversos como a indústria aeronáutica e a construção civil. Atualmente, sem ter atingido seu potencial máximo, o grafeno também deu passos decisivos em setores essenciais como a medicina ou a geração energética.
Avanços na produção e comercialização
Quando falamos de comercialização, é importante levar em consideração que nem tudo o que é lançado no mercado é grafeno puro, e que muitos materiais relacionados, mas não idênticos, estão atendendo inúmeras indústrias. “O nome grafeno refere-se exclusivamente à monocamada de uma rede hexagonal de átomos de carbono. No entanto, muitos produtos, como nanoplaquetas ou óxido de grafeno, são comercializados com esse nome, mesmo que não correspondam exatamente ao grafeno”, explica a especialista. Essas variantes têm permitido a produção de filmes de grafeno cada vez mais perfeitos, facilitando sua integração em dispositivos eletrônicos.
Um dos principais desafios históricos do grafeno sempre foi o custo. Além de ter que competir com outras tecnologias já bem desenvolvidas, que contam com décadas de investimento contínuo e, portanto, uma melhor inserção nas cadeias de valor dos setores demandantes, a indústria do grafeno precisou encontrar formas de produzir em larga escala e a um custo acessível. “Houve um grande avanço no desenvolvimento da síntese dos diferentes tipos de grafeno, graças a métodos bem-sucedidos como a esfoliação em fase líquida de suas diferentes variantes, a formulação de tintas à base de grafeno para uso em processos de impressão, bem como as técnicas de deposição química em fase de vapor”, explica García. No entanto, a pesquisadora reconhece que ainda há espaço para melhorias. “Ainda é preciso otimizar os processos que controlam os defeitos do material, pois eles podem influenciar suas propriedades”, afirma. A chave para baratear o grafeno, em sua opinião, está no aumento da demanda, o que permitiria consolidar uma economia de escala.
Seu papel na transição energética
A sustentabilidade deixou de ser apenas um princípio filosófico das empresas para se tornar o eixo central e estratégico de qualquer desenvolvimento econômico. Nesse cenário de compromisso global, o grafeno surge como solução e alavanca para diversos setores. “Estuda-se seu uso na fabricação de cimentos e asfaltos autorregenerativos, mais duráveis e com mais funcionalidades, que podem ajudar a reduzir a pegada de carbono. No campo da energia, além de seu uso em baterias e supercondensadores, está sendo aplicada à produção e armazenamento de hidrogênio verde para reduzir significativamente o custo dos metais caros”, explica. A leveza do grafeno permite a produção de componentes estruturais mais leves, algo crucial para as indústrias aeronáutica e automotiva, que também conseguiriam reduzir bastante seus custos energéticos.
O grafeno pode melhorar a eficiência e a efetividade das energias renováveis. “No setor energético, os compostos com grafeno são mais resistentes e menos pesados, o que alivia o transporte de elementos como as pás de aerogeradores., assegura a especialista do CSIC. Esse mesmo material é útil para o desenvolvimento de revestimentos e estratégias de autodiagnóstico que possibilitem reparos futuros.
Sucessos e perspectivas futuras
Uma das implementações mais bem-sucedidas do grafeno ocorreu no setor tecnológico, já que suas propriedades o tornam uma base idônea para aplicações em eletrônica de alta potência, dispositivos de refrigeração e fabricação de microchips. O avanço mais notável dos últimos anos foi a descoberta de uma nova família de materiais bidimensionais e semicondutores que podem ser combinados com o grafeno, ampliando ainda mais suas capacidades.
Esses avanços são apenas o começo de um futuro promissor para esse material, que deve alcançar diversas indústrias. “Há aplicações importantes nas áreas aeroespacial, eletrônica ultraflexível, têxteis inteligentes e avanços biomédicos”, afirma a especialista. Na medicina, o grafeno já está revolucionando o diagnóstico e a prevenção com o uso de biossensores baseados em transistores de grafeno que possibilitam o monitoramento contínuo da saúde. Além disso, a espuma de grafeno é capaz de curar lesões medulares, já que são capazes de reconectar o tecido danificado. Apesar dos desafios pendentes, García é otimista e considera que a produção e o uso do grafeno aumentarão, sempre que a inovação for mantida e a escalabilidade de sua produção for impulsionada.
Este artigo teve a colaboração de…
Mar García Hernández (Madrid, 1959) é professora de pesquisa do CSIC. Realizou seu doutorado no Instituto de Estrutura da Matéria do CSIC e trabalhou no Instituto J. Heyrovsky (Academia Tcheca de Ciências, Praga), na École Polytechnique Fédérale de Lausanne e no Rutherford Appleton Laboratory (Oxfordshire, Reino Unido).
Publicou mais de 270 artigos científicos em revistas internacionais, dirigiu numerosos projetos de pesquisa, nacionais e europeus, assim como teses doutorais, e é coautora de várias patentes.
