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Uma equipa de investigadores da Universidade de Aveiro (UA) descobriu 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 óptimo condutor de electricidade. 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 microelectromecânicos”, antevê Andrei Kholkin, cientista do Departamento de Física e do CICECO – Instituto de Materiais de Aveiro da UA e líder da equipa de investigação. “Uma vez que o grafeno é muito fino e flexível, antecipam-se inúmeras vantagens face a materiais piezoeléctricos tradicionais”, explica Kholkin, apontando, 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”. “Isto pode ser de grande utilidade para telefones móveis de nova geração ou circuitos micro-ondas”, remata.
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”.
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 líder da equipa de investigação que reportou “um forte efeito piezoeléctrico em mono camadas 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 (Rússia), 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.
