p Telefones celulares que se dobram, nanodispositivos autoalimentados, novas e aprimoradas tecnologias de células solares e janelas que geram eletricidade são apenas alguns dos produtos potenciais da união de semicondutores e grafeno. p Semicondutores cultivados em grafeno na Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia (NTNU) podem ser o avanço de pesquisa mais importante de 2012 na Noruega. No centro dos esforços de pesquisa estão o professor Helge Weman, Professor Bjørn-Ove Fimland e pós-doutorado Dong Chul Kim. A equipe agora está trabalhando para traduzir os resultados de sua pesquisa básica em um protótipo inicial.

p Apenas um átomo de espessura

p Na década de 1960, pesquisadores imaginaram que o grafite (carbono puro) poderia ser cortado em camadas medindo apenas um átomo de espessura - resultando no material conhecido como grafeno.

p Na década de 1990, pesquisadores conseguiram criar uma camada tão fina quanto 100 átomos, mas não houve progresso depois disso até 2004, quando o russo Andre Geim agarrou um dispensador de fita de sua mesa na Universidade de Manchester, pressionou um pouco de fita adesiva sobre uma fina camada de grafite e a retirou. Quando ele examinou a fita ao microscópio, ele descobriu uma camada com apenas um átomo de carbono de espessura. Grafeno nasceu!

p Em 2010, Dr. Geim e seu colega, Konstantin Novoselov, receberam conjuntamente o Prêmio Nobel de Física por seu trabalho na demonstração das propriedades únicas do grafeno.

p À frente do pelotão na NTNU

p Seis meses antes do Dr. Geim e do Dr. Novoselov chegarem a Estocolmo para receber o prêmio, e antes que o grafeno se tornasse um item de interesse, O pós-doutorado sul-coreano Dong Chul Kim, da NTNU, sugeriu aos professores Helge Weman e Bjørn-Ove Fimland, do Departamento de Eletrônica e Telecomunicações, que examinassem mais de perto esse material. A sugestão veio logo depois que um grupo de pesquisa em seu departamento teve sucesso no cultivo de nanofios semicondutores feitos de arsenieto de gálio (GaAs) em substratos de silício. Isso levou o Dr. Weman a se perguntar se, em vez disso, seria possível cultivar nanofios semicondutores diretamente no grafeno.

p A experiência coletiva do Professor Weman, O professor Fimland e o Dr. Kim provaram ser uma combinação frutífera. Os pesquisadores rapidamente alcançaram seu primeiro avanço, em setembro de 2010, e no verão de 2012 eles conseguiram colocar semicondutores de nanofios em uma base de um átomo de espessura. Esses semicondutores ativos normalmente crescem até um mícron (um milionésimo de um metro) de espessura.

p O silício ficará obsoleto?

p O grafeno é definitivamente o tópico mais quente no momento entre os pesquisadores de nanomateriais. O material de carbono puro é de longe o mais fino e forte que existe. É 200 vezes mais forte que o aço, conduz eletricidade 100 vezes mais rápido que o silício e é superior a qualquer outro material na condução de calor. É impenetrável, ainda flexível e transparente ao mesmo tempo. E a produção barata em grande escala de grafeno está se tornando uma realidade.

p Atualmente, eletrônicos e células solares são colocados em cima de substratos de silício espessos. Mas o silício tem limitações claras, incluindo o tamanho. Grandes empresas de tecnologia estão lutando para produzir produtos à base de silício menores do que os atualmente existentes no mercado. Outro desafio com o uso de silício é que os componentes eletrônicos à base de silício geram uma grande quantidade de calor. Muitas pessoas consideram o grafeno o principal candidato para substituir o silício.

p Grandes corporações multinacionais, como IBM e Samsung, dedicaram muito esforço à pesquisa de semicondutores e grafeno. Mas o verdadeiro avanço no cultivo de semicondutores com grafeno realmente ocorreu na NTNU em Trondheim.

p As descobertas desses pesquisadores em Trondheim podem ser usadas para fazer eletrônicos e células solares que são centenas de vezes mais finas do que os modelos atuais. Isso tornará possível a produção de eletrônicos flexíveis e transparentes, além de ser menos caro e mais eficiente em termos de energia.

p Células solares e LEDs mais eficientes

p Provavelmente não demorará muito para que produtos simples de grafeno comecem a aparecer no mercado. Alguns deles serão baseados na tecnologia de semicondutores.

p Os semicondutores são um componente principal em quase todos os eletrônicos modernos. Sem eles, não seria possível ter computadores, smartphones, células solares, Luzes LED ou dispositivos que usam lasers, ou seja, tudo, desde impressoras a comunicações de fibra. Todos esses itens podem ser menores e melhores com o uso de grafeno. O grafeno pode suplantar o substrato semicondutor e servir como um eletrodo transparente para uma célula solar de nanofio flexível.

p "A célula solar e a tecnologia LED serão as áreas iniciais para ver novos produtos usando semicondutores à base de grafeno, "O Dr. Weman acredita.

p A energia de combustível fóssil de baixo preço é o principal contribuinte para o aquecimento global. A luz solar é uma fonte alternativa com enorme potencial, mas a energia solar terá de se tornar menos cara e mais eficiente. Nanofios semicondutores baseados em grafeno podem finalmente inclinar a balança a favor da energia solar.

p "Se nanofios semicondutores cultivados em grafeno forem usados ​​em células solares, a mesma quantidade de luz solar pode ser convertida em energia usando um décimo do volume de materiais usados ​​em células solares de película fina. E isso significa que reduzimos ainda mais o material, cultivando os semicondutores no grafeno em vez de em um substrato semicondutor espesso. Uma nova pesquisa também mostra que o grafeno tem propriedades exclusivas adicionais que aumentam a eficiência de uma célula solar, "Dr. Weman explica.

p As lâmpadas LED são superiores em termos de eficiência energética, mas têm sido mais caros de produzir por causa de substratos de semicondutores caros. Os nanofios semicondutores de grafeno permitirão fornecer ao mundo lâmpadas LED que são muito mais baratas e eficientes, ao mesmo tempo que são mais flexíveis e pesam menos do que as lâmpadas atuais.

p Industrialização no horizonte

p O trabalho com grafeno na NTNU chamou a atenção de muitas empresas internacionais interessadas em colaborar com os pesquisadores sediados em Trondheim e sua empresa, CrayoNano. Mas as possíveis consultas industriais até agora vieram exclusivamente da Ásia e dos Estados Unidos. Atores na Noruega e na Europa ainda não expressaram qualquer interesse.

p “Somos os pioneiros no sentido de estarmos usando o grafeno para algo diferente da pesquisa básica. Podemos já ter nosso primeiro protótipo em funcionamento até o final de 2013, mas não queremos revelar o que é ainda, "Dr. Weman diz.

p "O campo com o qual estamos trabalhando - usando o grafeno como substituto do silício e outros substratos semicondutores em eletrônicos e células solares - envolve muitas novas oportunidades. Mas o potencial é igualmente grande para aplicações que usam grafeno em áreas diferentes da eletrônica, como no setor médico. O grafeno pode ser usado no corpo sem causar nenhum dano, "Dr. Weman explica.

p "Em um mundo onde a água potável é escassa, o emprego de filtros de grafeno modificado com oxigênio para purificar a água é outra aplicação interessante. É uma maneira totalmente nova de transformar água do mar em água doce. "

p Em todo o caso, atividades de pesquisa e desenvolvimento serão necessárias por muitos anos. O Dr. Weman compara o estado atual da pesquisa do grafeno ao estado do silício no início dos anos 1960.