Grafeno

O grafeno é uma das formas cristalinas do carbono, assim como o diamante, a grafite, os nanotubos de carbono efulerenos. O grafeno de alta qualidade é muito forte, leve, quase transparente, um excelente condutor de calor eeletricidade. É o material mais forte já demonstrado, consistindo em uma folha plana de átomos de carbono densamente compactados em uma grade de duas dimensões. É um ingrediente para materiais de grafite de outras dimensões, como fulerenos 0D, nanotubos 1D ou grafite 3D.

O termo grafeno foi proposto como uma combinação de grafite e o sufixo -eno por Hanns-Peter Boehm. Foi ele quem descreveu as folhas de carbono em 1962.

 Na época em que foi isolado, muitos pesquisadores que estudavam nanotubos de carbono já estavam bem familiarizados com a composição, a estrutura e as propriedades do grafeno, que haviam sido calculadas décadas antes. A combinação de familiaridade, propriedades extraordinárias e surpreendente facilidade de isolamento permitiu uma explosão nas pesquisas sobre o grafeno. O Prêmio Nobel de Física de 2010 foi atribuído a Andre Geim e Konstantin Novoselov da Universidade de Manchester por experiências inovadoras em relação ao grafeno.

 O grafeno é uma folha plana de átomos de carbono em ligação sp2 densamene compactados e com espessura de apenas um átomo, reunidos em uma estrutura cristalinahexagonal. O nome vem de grafite + -eno; o grafite em si consiste de múltiplas folhas arranjadas uma sobre a outra.

O grafeno foi oficialmente definido na literatura química em 1994 pela IUPAC como:

Uma única camada da estrutura grafítica pode ser considerada como o último membro da série de naftalenos, antracenos, coronenos, etc., e o termo grafeno deve, portanto, ser utilizado para designar a camada individual de carbono em compostos de intercalação de grafite. O uso do termo "camada de grafeno" é também considerada para a terminologia geral dos carbonos.

Recentemente, empresas de semicondutores estiveram realizando testes a fim de substituir o silício pelo grafeno devido à sua altíssima eficiência em comparação ao silício.

Em teoria, um processador, ou até mesmo um circuito integrado, poderia chegar a mais de 500 GHz. O silício, por sua vez, trabalha abaixo de 5 GHz. O uso de grafeno proporcionaria equipamentos cada vez mais compactos, rápidos e eficientes, mas o grafeno é tão bom condutor que ainda não se sabe como fazer com que pare de conduzir, formando assim o sistema binário.

Os trabalhos revolucionários sobre o grafeno valeram o Nobel da Física de 2010 ao cientista russo-britânico Konstantin Novoselov e ao cientista neerlandês nascido na RússiaAndre Geim, ambos da Universidade de Manchester.

Uma das aplicações mais recentes do grafeno foi a criação em laboratório de supercapacitores, que podem ser utilizados em baterias e carregam mil vezes mais rápido que as baterias de hoje em dia.

O óxido de grafeno também pode extrair substâncias radioativas das soluções de água. A descoberta do fenômeno deve possibilitar a purificação da água (incluindo as águas subterrâneas) contaminada por radiação, tal como ocorreu na área afetada pelo acidente nuclear de Fukushima.

Um grupo de pesquisadores revelou um método de produção extremamente eficiente e barato. Aplicando a radiação laser de um gravador de DVD Lightscribe sob um filme deóxido de grafite produziu uma camada finíssima de grafeno, de alta qualidade e muito resistente, excelente para funcionar como capacitor ou semicondutor.

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LHC

Então o LHC pode realmente criar buracos negros?

Redação do Site Inovação Tecnológica -

Mural ilustrativo do detector CMS, no LHC. [Imagem: Claudia Marcelloni/CERN]

O LHC e os buracos negros

Antes que o LHC fosse ligado, em 2010, muito se especulou sobre a possibilidade de que suas colisões de partículas produzissem buracos negros que engoliriam a Terra.

O gigantesco colisor de partículas já fez boa parte do seu trabalho, e até agora não há notícias de que a Terra tenha sido destruída.

Contudo, as teorias sobre buracos negros criados pelo LHC parecem estar ganhando momento entre os físicos - ao menos, buracos negros microscópicos.

É o que nos explica a física Kelly Izlar, em um artigo escrito para a revista Symetry, dos laboratórios Fermilab/SLAC.

Ondas gravitacionais poderão comprovar desaparecimento de dimensões. [Imagem: NASA]

A busca por buracos negros microscópicos

Encontrar micro-buracos negros no LHC poderia denunciar a existência de dimensões extras, o que poderia explicar por que a gravidade parece ser tão fraca.

A energia necessária para formar um buraco negro como o que existe no centro da nossa galáxia - a quantidade de energia contida em uma estrela super-maciça morrendo e colapsando sobre si mesma - é muitas vezes maior do que o que poderíamos obter em nossos laboratórios terrestres.

No entanto, se certas teorias sobre a natureza da gravidade estiverem corretas, pode haver uma maneira para os físicos criarem um tipo muito diferente de buraco negro - um tipo tão pequeno e de vida tão curta que sua presença só poderia ser inferida a partir de seu efeito sobre as partículas subatômicas em um detector de partículas.

E esse processo pode estar ao alcance do Grande Colisor de Hádrons (LHC).

De acordo com algumas teorias, há mais do que apenas três dimensões do espaço.

A existência de dimensões extras poderia oferecer uma resposta para um dos mistérios mais proeminentes da física atual: por que a gravidade é tão fraca, quando as outras forças fundamentais são tão fortes?

Quanto mais dimensões houver, mais a gravidade irá se diluir em distâncias cada vez maiores. A força irá enfraquecer conforme se espalha para mais longe, mas vai ser surpreendentemente forte em distâncias curtas.

Se existirem 10 dimensões, por exemplo, então a força gravitacional deve se propagar através de muito mais dimensões espaciais do que podemos detectar; ela vai parecer fraca para nós somente porque sua maior parte é perdida nas dimensões invisíveis.

Os físicos sabem que é necessário uma certa quantidade de energia - muito mais do que o LHC poderia produzir - para fazer um buraco negro microscópico.

Foi em 2010 que os físicos fizeram simulações que indicaram que as colisões de partículas podem de fato criar buracos negros. [Imagem: Princeton Physics Department]

Mas se a gravidade for mais forte do que pensamos, então o limiar de energia necessária poderia estar ao alcance tanto do LHC quanto das colisões de raios cósmicos com a atmosfera da Terra, afirma o físico teórico Steve Giddings, da Universidade da Califórnia em Santa Barbara.

"O que é sensacional sobre buracos negros microscópicos e dimensões extras é que existem muitas maneiras de procurar por eles," concorda John Paul Chou, da Universidade Rutgers, que atua como coorganizador do grupo de física exótica no experimento CMS no LHC. "Mas o LHC é o meio mais limpo e mais óbvio para criá-los e encontrá-los."

Quando duas partículas chocam-se destrutivamente quase à velocidade da luz, uma pequena quantidade de energia concentra-se fortemente em um espaço minúsculo. Se existirem dimensões extras, a colisão poderia revelar a força oculta da gravidade - a energia e a densidade poderiam ser altas o suficiente para se fundirem em um buraco negro microscópico.

Um micro-buraco negro seria muito pequeno e teria uma vida curta demais para ter um efeito significativo sobre seus arredores.

Buracos negros microscópicos não vão destruir a Terra

Teoria de Tudo: Será Weinstein a superação de Einstein? [Imagem: Denver Museum of Nature and Science]

A única pista que os cientistas teriam seria uma explosão de partículas extras.

Mas o seu efeito sobre o nosso entendimento da natureza em nível quântico seria enorme. Se os físicos conseguissem produzir buracos negros microscópicos no LHC, eles teriam a prova de que existem mais de três dimensões do espaço.

Os cientistas estão de olho mas, até agora, não encontraram sinais de buracos negros microscópicos, afirma Chou: "Então, ou eles não existem, ou eles são tão raros que nós ainda não geramos um."

Os cientistas poderiam procurar outras dimensões de outras formas, como tentar encontrar versões mais pesadas de partículas conhecidas que poderiam existir somente se houvesse mais de três dimensões, ou procurar evidências de grávitons, portadores hipotéticos da força da gravidade, que fugiram para outras dimensões, deixando uma zona vazia nos detectores.

Mas se o micro-buracos negros não fizerem sua aparição no LHC quando ele for religado em energias mais elevada, em 2015, os físicos terão de ajustar suas teorias e suas abordagens.

"Isso não vai descartar qualquer teoria por si só," disse Chou, "mas vai limitá-las fortemente, como já fizeram as rodadas recentes de 2010-2012 no LHC."

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