Piezoelectricidade, um novo horizonte para aplicações de grafeno
2015-06-29
Andrei Kholkin, Gonçalo Cunha e Sergey Luchkin, em colaboração com a Univ. de Campinas e a Univ. Federal dos Urais divulgam a sua descoberta na Nature Communications.

Uma equipa de investigadores do CICECO, Universidade de Aveiro (UA) acaba de divulgar que o grafeno, quando combinado com a sílica, tem propriedades piezoeléctricas. Este é um material que poderá vir a revolucionar a indústria tecnológica do futuro devido à sua resistência, leveza, transparência e flexibilidade, além de ser um ótimo condutor de eletricidade. A descoberta da piezoelectricidade do grafeno, ou seja, a sua capacidade de gerar energia elétrica através da simples compressão do material, abre as portas a que, por exemplo, telefones móveis de nova geração e circuitos micro-ondas possam operar a uma velocidade e qualidade sem precedentes. A descoberta foi publicada a 25 de junho na Nature Communications, uma das mais importantes revistas científicas do mundo.

“Prevê-se que esta descoberta irá levar a uma nova era na utilização do grafeno em dispositivos microeletromecânicos”, antevê Andrei Kholkin. O cientista do CICECO e do Departamento de Física (e antes do Departamento de Engenharia de Materiais e Cerâmica), e líder da equipa de investigação, explica que, “uma vez que o grafeno é muito fino e flexível, antecipam-se inúmeras vantagens face a materiais piezoeléctricos tradicionais”.

O investigador aponta, como exemplo, que a partir desta descoberta “a frequência da ressonância piezoeléctrica pode ser levada para a gama dos gigahertzs com um factor de qualidade sem precedentes”. Andrei Kholkin não tem dúvidas: “Isto pode ser de grande utilidade para telefones móveis de nova geração ou circuitos micro-ondas”.

O grafeno, cujo estudo valeu em 2010 o Prémio Nobel da Física a Andre Geim e Konstantin Novoselov, cientistas da Universidade de Manchester, Inglaterra, é um material feito inteiramente de átomos de carbono que estão arranjados numa rede hexagonal e dispostos num plano.
“Este material tem propriedades excepcionais”, esclarece Andrei Kholkin salientando “a capacidade de conduzir a electricidade e o calor mas oferecendo uma resistência mecânica 100 vezes superior ao aço em relação ao qual é mais leve”.

Um futuro feito de grafeno

O grafeno já tem muitas aplicações na indústria de células solares, em dispositivos de cristais líquidos, em sensores moleculares e no fabrico de protótipos de transístores de dimensões à escala nano. “Mas até agora ainda não lhe tinham sido atribuído propriedades piezoeléctricas, apesar de numerosas tentativas por parte da comunidade científica internacional, procurando quebrar a sua simetria de inversão através da introdução de defeitos estruturais”, explica o lider da equipa de investigação que reportou “um forte efeito piezoeléctrico em monocamadas de grafeno depositadas em óxido de silício”.

A medição da capacidade piezoeléctrica no grafeno foi realizada na UA onde, explica Andrei Kholkin, “um método de elevada sensibilidade chamado Microscopia de Força Piezoeléctrica foi implementado e desenvolvido”.

O trabalho publicado na Nature Communications em colaboração com a Universidade de Campinas (Brasil) e a Universidade Federal dos Urais (Russia) explica o forte efeito piezoeléctrico pelo alinhamento das ligações entre os átomos de carbono e de oxigénio na interface do grafeno com o óxido de silício. “Estas ligações tornam-se polares e a sua contracção ou alongamento sobre o efeito de campo eléctrico resulta num enorme efeito piezoeléctrico, que é aproximadamente duas vezes superior ao dos materiais piezoeléctricos convencionais, tais como o PZT ou titanato de bário”, aponta Andrei Kholkin.

Para além de Andrei Kholkin, a equipa de investigação da UA que deu ao mundo uma nova propriedade do grafeno inclui os cientistas Gonçalo Cunha, Sergey Luchkin e Konstantin Romanyuk. O trabalho realizado no CICECO foi financiado pelo projecto europeu “Nanomotion”, coordenado pela UA e unindo sete diferentes academias, institutos de investigação e empresas de Portugal, Alemanha, Reino Unido e Irlanda.

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