Universidade do Minho, Braga

Inovação | Na senda do grafeno, o ‘material do futuro’

Inovação | Na senda do grafeno, o ‘material do futuro’

 

 

 

Mais fino, mais forte, mais leve, mais versátil, mais condutor, o grafeno é visto nos nossos dias como sendo o “material do futuro“. Está, por essa razão, a ser alvo de um dos maiores consórcios europeus de ciência, o Graphene Flagship, que inclui a Universidade do Minho e envolve mil milhões de euros.

 

 

A descoberta do grafeno, em 2004, faria com que Andre Geim e Konstantin Novoselov vissem ser-lhes atribuído prémio Nobel da Física apenas 6 anos depois.

Graphene Flagship é um projeto científico de tecnologia emergente, sendo uma das três flagships apoiadas pela Comissão Europeia. Na verdade, a Comissão Europeia coloca-se ao lado dos grandes desafios científicos e tecnológicos contemporâneos, apoiando a investigação e o desenvolvimento multidisciplinar através destes projetos de longo prazo.

Desta forma, a Graphene Flagship é dedicada especificamente ao grafeno e, mais recentemente, a outras formas de materiais bidimensionais, representando uma inovadora forma de investigação colaborativa, formando um dos três maiores consórcios científicos da Europa. A UMinho é a única instituição de ensino superior portuguesa integrante deste consórcio. Recentemente, a Graphenest, empresa portuguesa dedicada à produção de grafeno em larga escala, liderada por Vitor Abrantes, Bruno Fugueiredo e Rui Silva, foi admitida como membro associado, “tendo um projeto importante com a UMinho no âmbito de tintas condutoras e de polímeros com blindagem electromagnética, ambas as tecnologias baseadas em grafeno”, revela Nuno Peres, professor catedrático da Escola de Ciências da Universidade do Minho. O cientista tem coordenado os trabalhos de investigação de modelação teórica das propriedades eletromagnéticas de grafeno e outros materiais bidimensionais.

Mas o que é afinal o grafeno?

Em termos simples, o grafeno é um cristal atómico bidimensional, composto por átomos de carbono dispostos numa rede hexagonal. Devido à sua combinação única de propriedades diversas, é um material com elevado potencial para novas tecnologias. Pode ser pensado como uma molécula gigante (na visão do químico Linus Pauling) que está disponível para uma ampla variedade de aplicações, desde a eletrónica até aos materiais compósitos.

É o cristal mais fino conhecido pelo ser humano, com um átomo de espessura – cerca de um milhão de vezes menor do que um milímetro –, o melhor condutor térmico conhecido – a sua condutividade térmica é cerca de dez vezes maior que a do cobre, já de si um excelente condutor térmico –, é extremamente flexível, hidrofóbico e impermeável a moléculas, sendo também um excelente condutor elétrico na sua forma dopada. Pode dizer-se que o grafeno combina as funcionalidades elétricas, óticas, térmicas e mecânicas de forma única. Quanto à utilização, a sua natureza forte e flexível irá possibilitar, por exemplo, a produção de displays e baterias flexíveis. Poderá ser usado na próxima geração de têxteis inteligentes e poderá ainda abrir caminhos para novos instrumentos de diagnóstico e formas de tratamento, como novos biossensores e administração de fármacos.

Em suma, a médio prazo o grafeno promete tornar-se a substância mais versátil disponível para a humanidade, a tal ponto que há quem lhe chame o “novo ouro negro”. Se cumprirá todas estas promessas será algo a que assistiremos a breve trecho. O Graphene Flagship associa a ciência dos investigadores com o desenvolvimento operado na indústria, tendo em vista levar o grafeno dos ensaios académicos até à sociedade no espaço temporal de dez anos. O consórcio central consiste em mais de 150 grupos de pesquisa científica e industrial, que acontece em 23 países. Este projeto tem a expectativa de gerar crescimento económico, novos empregos e novas oportunidades de mercado. De certo modo já o está a fazer, com a abertura de ofertas de empregos académicos e industriais ligados à produção, investigação e aplicação do grafeno.

Nível a nível: ciência e tecnologia num crescimento dinâmico

A primeira fase do projeto (Core 1) fechou a 31 de março de 2018. Está agora em execução durante dois anos o Core 2, sendo organizado em seis divisões, quatro delas científicas, abrangendo tópicos tão diversos como ciência fundamental e materiais; saúde, medicina e sensores; electrónica e fotónica – onde participa a UMinho –; e energia e produção de compósitos. Em todas são definidos key performance indicators em forma de números relativos a novas tecnologias baseadas em grafeno e outros materiais bidimensionais e como essas tecnologias são comparáveis ou melhores do que as tecnologias já existentes.

Nuno Peres, o investigador responsável na UMinho, refere que “no estado atual do projeto, já há várias tecnologias que apresentam figuras de mérito melhores face a alguns produtos existentes no mercado”. Contudo, isso não ocorre ainda para todas as figuras de mérito, pelo que ainda não se vê a comercialização de produtos baseados em grafeno, no sentido de uma monocamada deste material. Recentemente, têm sido conseguidos excelentes resultados em diversos dispositivos encapsulando o grafeno entre folhas de nitreto de boro. “Esta tecnologia aumenta em muito a mobilidade eletrónica e isso permitirá produzir dispositivos com figuras de mérito muito competitivas relativamente às das tecnologias já existentes”, confidencia o investigador do Centro de Física da UMinho e UPorto“.

O projeto está a evoluir muito rapidamente no sentido de technology readiness level (TRL) cada vez mais elevadas, que representam um método para estimar a maturidade tecnológica dos elementos críticos de tecnologia de um programa, durante o processo de aquisição, com níveis baseados numa escala de 1 a 9, sendo o 9 a tecnologia mais madura. Ao Core 2 do projeto, previsto até março de 2020, seguir-se-á o Core 3, já em discussão e que durará três anos, sendo expectável que este já aborde apenas aspectos de TRL de 7 a 9, mas sempre acompanhado de alguns grupos capazes de desenvolver ciência fundamental.

Nuno Peres, o que se dedica, desde 2004, à investigação do grafeno, enfatiza o facto de “este acompanhamento ser essencial para desenvolver nova ciência e para modelar a tecnologia existente”, acrescentando que é por isso que “não se pode conceber um projeto científico desta escala que não contemple grupos de investigação fundamental”. Em 2023 seguir-se-á a fase Core 4, também chamada de Ramp down, e “não é claro hoje que o projeto termine aí”, pois tudo dependerá do que for conseguido em termos de tecnologias comercializáveis, revela.

Existem no próximo ano e meio do projeto muitos desafios lançados por diversos grupos experimentais. Ao mesmo tempo, “está-se a competir com outros grupos a nível mundial”, declara Nuno Peres, para realçar: “Aqui somos um grupo pequeno, com três professores, um post-doc, alguns estudantes e conseguimos recentemente atrair um jovem muito promissor como investigador FCT, pelo que estaremos à altura dos desafios futuros, tal como já estivemos no passado”.

Sendo o Graphene Flagship demasiado vasto para ser abarcado por uma só pessoa, a ideia que tem sido debatida dentro das reuniões de preparação do Core 3 é a de se avançar para TRL muito elevados, por isso “haverá tecnologias que serão abandonadas e outras novas que serão criadas, num processo dinâmico de criação científica e tecnológica”, afirma. Os tempos próximos prometem novos avanços científicos e aquele cientista quer “continuar com muito gosto e entusiasmo” a desenvolver investigação, garantindo “acordar todos os dias com vontade de fazer algo novo e com vontade de ajudar na formação de jovens cientistas”, pois considera inquestionável que o futuro só pode passar por eles.

Fontes: Universidade do Minho, Física UMinho, Graphenest e Forbes

Imagens: (0, 2) Graphene Flagship, (2, 3) Graphenest

 

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