p O material mais resistente conhecido pela humanidade foi descoberto pela primeira vez com fita adesiva. Hoje, esta versão bidimensional (2-D) do carbono conhecida como grafeno é o assunto de intensas pesquisas em todo o mundo. Muitos esperam que suas propriedades únicas possam levar a avanços em campos que vão da eletrônica à medicina. p Por 2-D, queremos dizer que é feito de uma única camada de átomos. No caso do grafeno, estes são organizados em um padrão hexagonal que ajuda a torná-lo incrivelmente forte. Ele também conduz eletricidade e calor em níveis sem precedentes, é impermeável a gases e pode ser frágil e dúctil.

p No entanto, embora o grafeno tenha recebido uma atenção incrível e ganhado o Prêmio Nobel de seus descobridores, ela não está mais sozinha no mundo dos materiais 2-D. Muitos outros materiais semelhantes já foram previstos e isolados, cada um com propriedades estruturais semelhantes ao grafeno, mas também uma variedade de características individuais únicas.

p Na verdade, existem tantos materiais 2-D com uma variedade tão ampla de propriedades que podemos usá-los com eficácia para projetar e construir novos materiais 3-D com as características exatas que desejamos. Essa ideia de um "conjunto de Lego" em escala atômica cria possibilidades potencialmente infinitas para novas substâncias.

p Teoricamente, quase qualquer material 3-D pode ter uma contraparte 2-D. A lista até agora inclui:siliceno (uma única camada de silício), fosforeno (uma única camada de fósforo preto), e várias monocamadas de compostos químicos conhecidos como dichalcogenetos de metais de transição (TMDCs), tais como dissulfeto de molibdênio (MoS₂) e ditelureto de molibdênio (MoTe₂). A pesquisa está em andamento em provavelmente dezenas de métodos para isolar esses materiais. Os dois métodos principais usados ​​são a esfoliação mecânica - que foi o método usado pela primeira vez para fazer grafeno isolando camadas individuais com fita adesiva - e pelo crescimento eficaz de uma camada 2-D de cristais diretamente em uma base plana.

p Na prática, Contudo, existem muitas limitações para o que é possível atualmente. Apenas materiais altamente estáveis ​​termicamente e quimicamente podem ser separados em monocamadas, que desconta imediatamente muitos elementos. E, uma vez isolado, muitas monocamadas metálicas, em particular, tendem a corroer ou oxidar de uma forma que destrói suas propriedades desejadas.

p Depois de ter um material 2-D, você pode então colocá-lo em camadas com outras substâncias de propriedades químicas muito diferentes para criar "heteroestruturas". Por exemplo, podemos combinar semicondutores com ímãs, ou metais com supercondutores. A lista de combinações possíveis cresce exponencialmente.

p Eles podem ser ajustados com precisão atômica usando microscópios de tunelamento de varredura. Esses métodos envolvem a geração de uma corrente elétrica entre uma superfície e a ponta da sonda atomicamente fina para pegar e mover átomos individuais. Uma dessas heteroestruturas 2-D que foi feita em laboratório combina monocamadas atômicas de grafeno e nitreto de boro hexagonal (h-BN).

p Funcionalidades completamente novas

p Tanto os materiais 2-D quanto as heteroestruturas já encontraram muitas aplicações reais e potenciais em uma ampla gama de áreas. Por exemplo, o grafeno tornou possível o sonho de "imprimir" circuitos em bases de plástico flexíveis, pelo menos em um laboratório. No futuro, isso pode levar a produtos de consumo, como TVs flexíveis, smartphones e dispositivos vestíveis mais fáceis de usar.

p A descoberta de uma infinidade de outros materiais 2-D abriu maneiras quase infinitas de combinar diferentes propriedades, o que poderia melhorar ou acelerar enormemente o desenvolvimento desses aplicativos. Por exemplo, usar h-BN como base para a eletrônica de grafeno em vez do dióxido de silício tradicional poderia mitigar alguns dos problemas com a tecnologia. Como as monocamadas de h-BN são ultra-planas e podem ser isoladas da mesma forma que o grafeno, é possível remover falhas atômicas da base que interferem nas propriedades da folha de grafeno.

p Além disso, os avanços na pesquisa de materiais 2-D estão possibilitando uma nova maneira de tornar os processadores de computador ainda mais rápidos; algo que é visto como vital para manter o progresso da tecnologia eletrônica. Os chips de computador fazem seus cálculos usando um grande número de transistores, cada um dos quais funciona movendo elétrons entre diferentes camadas de material semicondutor. Ter mais de um tipo de material 2-D significa que você pode usá-los para fazer cada uma das diferentes camadas de semicondutor com apenas um átomo de espessura. À medida que os transistores ficam menores, mais deles podem ser colocados em cada chip de computador, e isso naturalmente leva à produção de processadores mais rápidos.

p Também pudemos ver o grafeno e outros materiais 2-D usados ​​para ajudar a gerar e armazenar energia. Por exemplo, heteroestruturas baseadas em grafeno podem ser usadas para ajudar a criar células solares e de combustível altamente eficientes e flexíveis. Essas heteroestruturas também estão sendo usadas para desenvolver baterias e supercapacitores de próxima geração, que prometem carregamento mais rápido e saída de energia estendida. Os cientistas conseguiram até criar versões 2-D de materiais que antes eram impossíveis, como uma versão 2-D do mineral perovskita, que pode ser usado para melhorar os LEDs.

p Com o crescimento de carros elétricos e empresas como a Tesla nos levando em direção a um futuro de conversão de energia mais ecológica e soluções de armazenamento, com certeza haverá um grande foco nesse tipo de tecnologia em um futuro próximo. p Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original.