Grafite x Grafeno: Qual é a diferença?

Embora ambos sejam carbono, o grafite e o grafeno não poderiam ser mais diferentes. Eles têm um conjunto de características especiais que permite que sejam provavelmente usados em vários campos. Neste artigo, você aprenderá sobre suas estruturas, usos e custos. Vamos nos aprofundar.

Grafite x Grafeno

O que é grafite

A folha de grafite (um alótropo de carbono) do carbono é uma grade hexagonal. Essa sensação de lubrificação do grafeno vem de sua capacidade de deslizar as camadas umas sobre as outras. O grafite agora é encontrado em itens do cotidiano, desde nossos lápis até lubrificantes e até mesmo baterias. Ele ainda é um condutor (embora não tão condutor quanto o grafeno, devido ao fato de estar em camadas). Barato e relativamente abundante, é o principal candidato para muitos usos industriais.

O que é grafeno

O grafeno é um arranjo em forma de colmeia de átomos de carbono em uma única camada. Sua espessura também é de um único átomo, o que significa que o próprio material pode ser superfino e ainda assim muito resistente. Muitas vezes, ele é chamado de "material milagroso" por sua leveza e quase transparência, mas também porque é mais forte do que qualquer coisa que já encontramos, com uma condutividade elétrica respeitável. Ele é 200 vezes mais resistente que o aço e tem a espessura de um único átomo. As aplicações são inúmeras, de eletrônicos a dispositivos médicos, e embora o material seja relativamente abundante na natureza, sua criação tem sido cara e difícil.

Estrutura

Camadas versus camada única

Grafite: Consiste em várias camadas de folhas de carbono empilhadas umas sobre as outras. Como essas camadas se ligam fracamente umas às outras, elas podem deslizar facilmente umas sobre as outras. Essa é a razão pela qual sentimos o grafite em nossas mãos como escorregadio e ele também se comporta como um lubrificante.

Grafeno: uma única camada alveolar de átomos de carbono, um material de um átomo de espessura com resistência e flexibilidade excepcionais.

Diferenças de vínculo

Grafite: Como as camadas são mantidas juntas por forças primitivas de van der Waals, o grafite é fácil de ser dividido ou clivado.

Grafeno: esses átomos de carbono são unidos de forma muito estreita em uma única camada, o que confere ao grafeno sua formidável resistência e flexibilidade.

Propriedades do grafite e do grafeno

Condutividade elétrica

Grafite: Embora o grafite também transfira eletricidade graças aos elétrons em movimento livre entre suas camadas, aqueles sem folhas adicionais de grafeno não são tão condutores. A resistência surge quando as camadas estão separadas por uma distância suficientemente grande.

Grafeno: um dos condutores elétricos mais conhecidos Como os elétrons podem atravessá-lo praticamente sem resistência, o grafeno é um elemento natural para a eletrônica de alta velocidade.

Resistência mecânica

Grafite: Macio e quebradiço. O grafite se quebra facilmente, por isso é usado em pontas de lápis. Facilmente se torna quebradiço, pois as camadas são mantidas juntas apenas por ligações fracas.

Grafeno: é extremamente resistente, 20 vezes mais robusto que o aço. Embora tenha apenas um átomo de carbono de espessura, a estrutura do grafeno se deve à sua forte estrutura cristalina e ao fato de cada ligação C-C ter uma força equivalente ao dobro do comprimento.

4.3Condutividade térmica

Grafite: Condutividade térmica decente, portanto, é amplamente utilizado, por exemplo, em resfriamento passivo.

Grafeno: excelente condutividade térmica. É um dos melhores condutores de energia térmica, portanto, é uma boa opção para resfriar componentes elétricos.

Aplicativos

Grafite

Lápis: Os lápis usam grafite como "grafite" porque não mancham nem borram muito, marcam uma superfície facilmente e apagam quando necessário. O grafite consiste em folhas em uma camada, de modo que eles podem escrever com pouquíssima pressão e deixar uma marca no papel.

Lubrificantes: Por ser escorregadio, é incluído em lubrificantes para evitar o atrito entre as máquinas. Como as camadas de grafite são escorregadias, elas permitem que deslizem facilmente umas sobre as outras, criando uma barreira sólida que reduz o desgaste das peças devido ao movimento.

Baterias: Descobriu-se que o grafite também é um elemento intrínseco que pode servir a duas funções principais em um ânodo de bateria de íon-lítio: estabilidade com armazenamento eficiente de energia. Essa estrutura em camadas permite que os íons de lítio fluam facilmente para dentro e para fora durante os ciclos de carga/descarga.

Fabricação de aço: Durante a fabricação de aço, ele é geralmente aplicado como material refratário por suportar altos níveis de calor. Para isso, o isolamento revestimentos em fundições e fornos de revestimento devem manter uma temperatura constante - um requisito absoluto para a fabricação de aço de alta qualidade.

Grafeno

Eletrônica: Como o grafeno é um excelente condutor de eletricidade, uma possibilidade sugerida por dois novos experimentos do Berkeley Lab e da Universidade da Califórnia em San Diego pode ser usá-lo no lugar do silício em chips de computador - permitindo dispositivos mais rápidos que funcionem mais frios e (idealmente) consumam menos energia por computação. Sua alta mobilidade de elétrons o torna ideal para a velocidade de comutação rápida necessária nas futuras tecnologias de computação.

Dispositivos médicos: A biocompatibilidade e a sensibilidade do grafeno o tornam ideal para biossensores, sistemas de liberação de medicamentos e engenharia de tecidos etc. Essa não toxicidade e compatibilidade com sistemas biológicos o tornam atraente para uso em diagnósticos médicos ou tratamentos terapêuticos.

Armazenamento de energia: Os supercapacitores e as baterias avançadas poderão usar o grafeno no futuro para permitir um tempo de carga mais rápido com maior armazenamento de energia. Devido à sua alta área de superfície e condutividade, o desempenho dos dispositivos de armazenamento de energia pode ser aprimorado, tornando-os mais duradouros.

Materiais compostos: O grafeno pode ser combinado com outros materiais, como metais e plásticos, para torná-los mais leves e, ao mesmo tempo, mais fortes ou condutores de eletricidade. As aplicações potenciais desses compostos reforçados com grafeno são a redução do peso, o aumento da eficiência do combustível e a melhoria do desempenho geral da ablação.

Grafite x grafeno: custo

Grafite: Baixa

Abundância: O grafite está disponível a baixo custo na forma natural comum. Minerado em todo o mundo, é um mineral prontamente disponível e econômico.

Custos de produção: devido a seus baixos custos de produção e processamento, o grafite também é adequado para uso em muitas aplicações industriais.

Grafeno: alto

Desafios de produção: A produção de grafeno é significativamente mais difícil do que a produção de grafite. Embora o h-BN de monocamada possa agora ser preparado usando métodos úmidos, as abordagens de fabricação existentes - como a deposição de vapor químico (CVD) e as técnicas de esfoliação. Elas continuam sendo caras e não são facilmente escalonáveis para fabricação em larga escala.

Tendências de preço: Apesar da tendência de queda nos preços do grafeno, o custo desse material é muito maior do que o do grafite. Atualmente, está sendo realizado um trabalho para criar maneiras mais econômicas de produzir grafeno para que o material se torne comercialmente viável.

Conclusão

O grafite e o grafeno compartilham algumas propriedades exclusivas semelhantes entre si, o que os torna um importante grupo de materiais. Portanto, podemos considerar o grafeno como a etapa final na evolução do carbono. O grafite tem servido às indústrias há décadas, mas o grafeno é o que muitos acreditam ser o verdadeiro divisor de águas, que pode revolucionar muitos campos em diferentes setores. Se as pessoas puderem produzir grafeno de forma mais barata e simples devido às pesquisas atuais, um mundo em que o material de outro mundo seja rei pode não estar muito distante. Não importa se você respeita o pragmatismo do grafite ou se está seduzido pelo potencial do grafeno agora. Ambos terão que trabalhar juntos para avançar na tecnologia e no setor.