Mais flexível, resistente e forte, grafeno é a bola da vez - Instituto Humanitas Unisinos - IHU
Mais flexível, resistente e forte, grafeno é a bola da vez
Novak Djokovic, campeão no torneio Aberto da Austrália e jogador número um do tênis mundial, marcha para a quadra carregando uma maleta de transporte de armas marcada com a letra "G" algemada ao seu pulso. Dela, ele extrai uma raquete feita parcialmente de grafeno, o primeiro material maravilhoso do Século XXI. O sérvio dá um lânguido primeiro saque, que pulveriza a raquete de um infeliz adversário, amedrontado dentro de uma armadura.
A reportagem é de Clive Cookson, publicada no jornal Financial Times e reproduzida no jornal Valor, 30-01-2013.
A Head, fabricante austríaca de equipamentos esportivos, admite que sua peça publicitária baseia-se em propaganda bombástica e não diz quanto da raquete é efetivamente de grafeno. Mas a empresa, assim como a Samsung e, antes, a IBM, não vai perder a onda de entusiamo avassalador em torno do mais recente produto milagroso.
O grafeno é uma folha de carbono com apenas um átomo de espessura, mas que pode se estender indefinidamente em duas dimensões. Suas propriedades abrangem uma gama impressionante de superlativos: melhor condutividade elétrica e térmica, maior resistência mecânica e melhor pureza óptica que qualquer outro material.
As pesquisas envolvendo o grafeno receberam nesta semana um empurrão de € 1 bilhão da União Europeia (UE). Sua seleção como alvo do principal programa europeu para a próxima década é a mais recente em uma onda de apoio estatal e privado a pesquisas envolvendo uma substância que era desconhecida dez anos atrás.
"As inúmeras propriedades superiores do grafeno justificam seu apelido de material milagroso", diz um recente relatório, entitulado "Perspectivas para o Grafeno". O estudo foi publicado na revista "Nature" por um grupo de cientistas, entre eles Kostya Novoselov, o primeiro a isolar o grafeno, em parceria com Andre Geim, na Universidade de Manchester em 2004.
A lista de possíveis aplicações é grande. Na eletrônica, elas vão de transistores ultrarrápidos para monitores de computador dotados de telas dobráveis a diodos emissores de luz. O material promete viabilizar lasers e fotodetectores mais eficientes, que poderão transformar o armazenamento da eletricidade e a fabricação de baterias para células solares. Materiais compostos contendo grafeno poderão proporcionar maior resistência às asas de aviões, e seus usos biomédicos incluem engenharia de tecidos e métodos para ministrar medicamentos.
Geim acha impossível apontar a aplicação mais interessante e promissora. "O campo é tão vasto e está se desenvolvendo tão rapidamente, que focar um rumo particular diminuiria a magnitude de todo o empreendimento", diz. "O número de exemplos é espantoso. Dez mil monografias [relatando pesquisas] foram publicados sobre o grafeno no ano passado."
Embora não haja estimativas confiáveis sobre os gastos em pesquisas com o grafeno em todo o mundo, Geim diz que o valor corrente pode ser de aproximadamente US$ 1 bilhão por ano, com base nos relatórios publicados.
Governos em todo o mundo industrializado estão despejando dinheiro para assegurar sua participação na revolução do grafeno. O Reino Unido comprometeu mais de 60 milhões de libras para manter na vanguarda das pesquisas o país onde tudo começou, atraindo consideravelmente mais empresas que queiram colaborar com acadêmicos no Reino Unido.
Neste mês, a Universidade de Manchester revelou planos para a construção do Instituto Nacional do Grafeno, de 61 milhões de libras, a ser concluída no início de 2015, com o objetivo de ser "o maior centro mundial de pesquisa com grafeno". A Universidade de Cambridge anunciou na semana passada um Centro do Grafeno, com cerca de 30 milhões de libras, para financiar pesquisas. A UE já gasta milhões de euros em pesquisas com o grafeno, e o programa de pesquisas Flagship ampliará muito o volume dos recursos.
"O dinheiro será espalhado em pequenas camadas por toda a Europa", diz Geim. "Você pode encarar essa iniciativa como sendo um enorme fundo de capital seminal de € 1 bilhão com o objetivo de induzir empresas a se envolverem com universidades europeias."
Como costuma ocorrer quando surge uma nova tecnologia promissora, há temor no Reino Unido e no resto da Europa com o risco de serem ultrapassados por concorrentes americanos e asiáticos.
Parte dessas preocupações decorre da análise de patentes. A mais recente, realizada pela CambridgeIP, empresa britânica focada em estratégias para o setor de tecnologia, mostra que, até o fim de 2012, havia 2.204 patentes envolvendo o grafeno na China, 1.754 nos EUA, 1.160 na Coreia do Sul e apenas 54 no Reino Unido.
Mas o número de patentes não conta a história toda. Qualidade também é relevante. "A Europa não tem sido tão agressiva em pedidos de registro de patentes", diz Luigi Colombo, especialista em grafeno na Texas Instruments, nos EUA. Mas, segundo ele, "a Europa está, atualmente, no centro das pesquisas com o grafeno".
"A corrida para extrair valor do grafeno está longe de terminar", concorda Quentin Tannock, presidente do CambridgeIP. "Os inventores britânicos têm uma merecida reputação de ser inovadores, e o Reino Unido tem um enorme potencial para garantir para si valor futuro no cenário de patentes envolvendo o grafeno."
O Reino Unido e a universidade em Manchester também desfrutam uma "vantagem de marca", particularmente após a concessão de um Prémio Nobel aos professores Geim e Novoselov em 2010.
Há uma demanda elevada de gente interessada em trabalhar no novo centro em Manchester, diz o professor Novoselov. "Queremos escolher talvez cinco ou seis empresas, certamente não mais do que dez - que virão aos laboratórios da universidade para trabalhar conosco. Nós aprenderemos com a tecnologia que elas usam em sua produção e elas verão a ciência em sua fronteira".
Com base apenas em número de patentes, a sul-coreana Samsung é líder no setor empresarial, com 407 patentes concedidas e pedidos de concessão patentes relacionados com o grafeno, de acordo com a CambridgeIP. Em segundo lugar, vem a americana IBM, com 134.
Em 2010, a Samsung fez um exuberante anúncio referindo-se a produtos eletrônicos de consumo dobráveis feitos de grafeno e, no ano passado, publicou um artigo científico sobre um transistor de grafeno. Mas empresa não divulgou informações sobre o desenvolvimento de aparelhos eletrônicos que usam grafeno. Observadores acreditam que telas flexíveis serão incorporadas aos primeiros produtos de grafeno da empresa.
A IBM, por sua vez, é mais comunicativa. Supratik Guha, diretor da pesquisa em ciências físicas, diz que a empresa está trabalhando em transistores de grafeno para alta freqüência, novas tecnologias de formação de folhas de grafeno para eletrônicos e dispositivos que operam na faixa de terahertzes.
A região de terahertzes no espectro eletromagnético (entre o infravermelho e frequências de microondas) é uma grande promessa em termos de aproveitamento em aplicações de sensoreamento, imagens médicas e comunicações de curta distância. Ondas com frequências de terahertzes atravessam plásticos e tecidos vivos, mas cientistas têm tido dificuldade de controlá-las. "Podemos usar o grafeno para modular e controlar a radiação terahertz", diz Guha.
Empresas como a Samsung e a IBM desfrutavam de uma dianteira porque já tinham pesquisadores trabalhando com nanotubos de carbono, que são, basicamente, grafeno enrolado, formando cilindros moleculares, que possuem algumas das propriedades das folhas atômicas planas de grafeno.
Várias pequenas empresas pelo mundo estão produzindo e vendendo grafeno. Uma delas é a Graphene Industries, nascida na Universidade de Manchester. "Vendemos flocos de grafeno compostos por um único cristal para clientes acadêmicos, entre eles a IBM e a maioria dos fabricantes de semicondutores no mundo", diz Peter Blake, presidente da empresa.
A Graphene Industries produz seus flocos por esfoliação mecânica, um refinamento do método "fita durex" originalmente usado pelos professores Geim e Novoselov. A matéria-prima é grafite, uma forma de carbono extraída em minas de vários países, que consiste em trilhões de folhas de grafeno empilhadas verticalmente. Usando o microequipamento apropriado, é surpreendentemente fácil de "descascar" as folhas, uma a uma.
Um novo relatório da Lux Research, uma consultoria, mostra que o mercado para o grafeno está crescendo, de US$ 9 milhões no ano passado para US$ 126 milhões em 2020. "Apesar de tratar-se de uma estreia notável para um material novo, esse crescimento é inferior ao que podem sugerir algumas afirmações exageradas", diz Ross Kozarsky analista da Lux.
O relatório lista um grande número de startups envolvidas com o grafeno "repletas de afirmações ousadas - o mais barato e/ou melhor grafeno - sobre novos precursores e processos". E alerta para a ameaça de excesso de oferta.
Estão começando a surgir produtos contendo grafeno, como a raquete da Head. Ralf Schwenger, diretor de pesquisa e desenvolvimento de raquetes, diz que a adição de grafeno para fortalecer o cabo redistribui o peso para as extremidades da raquete, o que facilita seu manejo.
A Head usou uma dotação do governo austríaco para trabalhar com o Industrial Technology Research Institute, de Taiwan, para desenvolver a raquete. Segundo Schwenger, a incorporação do grafeno melhora o desempenho da raquete em "um percentual da ordem de dois dígitos", mas ele não nega que a empresa esteja se aproveitando do oba-oba em torno do material para fins de marketing. "Para nós, é útil que o grafeno esteja na agenda da mídia e que haja alguns exageros sobre ele", diz. "Do contrário, seria mais difícil para nós vender essas raquetes".
Uma aplicação bastante distinta recém-chegada ao mercado é "a tinta condutiva" contendo grafeno. A Vorbeck Materials, uma startup de Jessup, Maryland, é líder nesse ramo. John Lettow, seu executivo-chefe, diz que a flexibilidade e durabilidade de tintas à base de grafeno a tornam perfeita para eletrônicos impressos, como cartões inteligentes e embalagens de alta segurança. A Vorbeck também está desenvolvendo baterias de íons de lítio com eletrodos de grafeno - outra aplicação promissora. "Podemos também produzir baterias flexíveis, que podem, por exemplo, se encaixar na alça de uma bolsa para recarregar seu celular enquanto você está na rua caminhando", diz Lettow.
Telas flexíveis para aparelhos eletrônicos de consumo provavelmente surgirão dentro de três anos, embora ninguém espere que as realmente grandes aplicações em eletrônica, como processadores de baixa potência ultrarrápidos e chips de memória, sejam concretizados comercialmente em menos de uma década.
Para muitos usos, o grafeno exigirá substanciais modificações químicas e físicas. No entanto, não é cedo demais para investidores entrarem no jogo, diz Andrew Haigh, diretor executivo do Coutts, braço de gestão de fortunas no Royal Bank of Scotland, que estudou patentes de grafeno. "É muito cedo para vender um 'fundo de grafeno', mas estamos investindo e vamos continuar insistindo nas empresas envolvidas com o grafeno, porque esse know-how será um dos principais motores no mundo do Século XXI", diz ele.
Tannock concorda. "Os investidores precisam entender que o grafeno, apesar dos rápidos progressos em pesquisa e desenvolvimento e do intenso interesse comercial, ainda está numa fase relativamente incipiente, onde o tempo para um produto sair da prancheta e chegar ao mercado, nos casos de aplicações industriais específicas, pode variar e pode ser demorado", diz.
Mesmo assim, ele acrescenta ele: "A produção em larga escala de grafeno de alta qualidade em materiais compostos, revestimentos e tintas poderá dar retornos para os investidores no médio prazo. Em mais longo prazo, implementações complexas de grafeno poderão dar retornos ainda maiores sobre os investimentos, por exemplo, na área das ciências da saúde e da vida."
Os descobridores do grafeno alertam contra expectativas indevidas. "Há muito entusiamo exagerado, e acredito ser importante moderar expectativas que extrapolam as proporções razoáveis", diz o professor Geim.
Embora ele qualifique tintas de grafeno e raquetes de tênis como sendo "produtos de nicho pequenos" surfando uma onda hiperbólica, Geim acredita que o material terminará transformando setores como os de eletrônicos, energia, aeroespacial e biotecnologia. "Normalmente, são necessários 40 anos para um novo material migrar do meio acadêmico para os produtos de consumo, de modo que o grafeno é ainda apenas uma criança", diz ele.