O grafeno é muitas vezes apontado como um material milagroso, já que é leve, conduz eletricidade facilmente e é centenas de vezes mais forte que o aço. Porém, testes de amostras reais de grafeno mostram que ele também é tão frágil quanto cerâmica comum. Resultado? Pode rachar.
O ponto fraco do grafeno
Uma equipe de cientistas da Universidade Rice e do Instituto de Tecnologia da Geórgia (EUA) testaram pequenos pedaços de grafeno “bicamada” – duas folhas de um único átomo de espessura de carbono puro uma sobre a outra – fazendo pequenas rachaduras neles com feixes de íons focalizados. Então, puxaram o grafeno para ver o quão rápido as rachaduras se expandiriam até que o material se rompesse.
“Ele é muito sensível à presença de uma rachadura. Já o aço tem uma enorme resistência à extensão de rachaduras. O grafeno é mais parecido com o vidro das nossas janela”, explicou Ting Zhu, professor associado de engenharia mecânica e um dos autores do estudo.
A medida da resistência de um material a rachaduras, chamada de tenacidade, não é apenas a resistência à tração – o quão propenso aquele material é de se quebrar quando esticado. Ela também mede a quantidade de impacto que uma determinada substância pode sofrer antes de rachar ao ser torcido. Metais, por exemplo, são dúcteis; é preciso muita torção e flexão para quebrar uma colher. Um pedaço de vidro resiste à torção e não estica, mas quebra rapidamente se qualquer força de torção ou puxões são aplicados após um certo limite, e até mesmo uma pequena rachadura o fará quebrar.
Os cientistas descobriram que o grafeno com rachaduras é 10 vezes mais propenso à ruptura do que o aço, e tem tenacidade mais próxima do óxido de alumínio ou da cerâmica à base de carbeto de silício. A tenacidade relativamente baixa significa que é preciso apenas uma pequena rachadura em um pedaço de grafeno para enfraquecê-lo. E essas pequenas fissuras são uma conseqüência natural ao produzi-lo.
O grafeno é feito de várias maneiras, entre as quais a deposição química em fase de vapor (na qual o vapor de carbono é deixado para esfriar e assentar sobre uma superfície), e a esfoliação (em que o grafite, do qual é derivado o grafeno, é colocado em um solvente).
No primeiro caso, as folhas de grafeno podem ser grandes, mas não são perfeitas. A rede de átomos de carbono resultante que compõe o grafeno tem pequenos defeitos – aqui e ali há um átomo faltando ou fora do lugar. Os defeitos não fazem muita diferença ao usar o grafeno como um condutor ou semicondutor. Já em aplicações mecânicas, tais como tornar telas flexíveis ou aumentar a resistência estrutural de outros materiais, as imperfeições importam mais.
O grafeno perfeito pode aguentar cerca de 100 gigapascals de força antes de quebrar. O grafeno imperfeito pode suportar apenas uma pequena fração disto, cerca de 4 Megapascais.
As experiências não são importantes apenas para o estudo do grafeno. Outros materiais que podem assumir uma estrutura bidimensional – como o nitreto de boro ou o dissulfeto de molibdênio – podem se comportar de forma semelhante, para os quais a nova pesquisa, publicada na revista Nature Communications, pode oferecer insights importantes. [LiveScience]