Tópico: Eletricidade flui mais rápido em folhas de grafeno

[Unknown]

Eletricidade flui até 100 vezes mais rápido em folhas de grafeno

Físicos da Universidade de Maryland, nos Estados Unidos, demonstraram que o grafeno - uma folha super-fina, formada por uma única camada de átomos de carbono - tem melhor capacidade de condução elétrica do que qualquer material conhecido, operando à temperatura ambiente.

O grafeno ganhou fama em 2007, quando os cientistas conseguiram utilizá- lo para construir um transístor, abrindo caminho para uma nova geração de semicondutores.

Vibrações termais no grafeno

Aquela expectativa de que o futuro guarda um lugar importante para o grafeno agora foi reforçada com esta nova descoberta. A equipe do Dr. Michael Fuhrer verificou que as vibrações termais têm um efeito extraordinariamente baixo sobre os elétrons no grafeno.

A energia associada com a temperatura de um material faz com que seus átomos vibrem. Quando os elétrons viajam através desse material, eles se chocam com esses "átomos vibrantes", o que resulta em uma resistência à passagem da corrente elétrica - representada pelo próprio movimento dos elétrons.

Resistência elétrica intrínseca

Esse é o tipo de resistência elétrica chamada intrínseca, porque ela faz parte da própria estrutura do material. Só se consegue acabar com ela resfriando-se o material até próximo do zero absoluto.

No grafeno, a vibração termal produz uma resistência de apenas 1 micro-Ohm por centímetro quadrado - 35% menos do que o cobre, o elemento com menor resistência a temperatura ambiente que se conhecia até agora.

Mobilidade dos elétrons

Para os semicondutores, utiliza-se uma medida diferente para se quantificar a rapidez com que os elétrons se movem: a mobilidade. O limite de mobilidade dos elétrons no grafeno é de 200.000 cm2/Vs - em comparação com 1.400 cm2/Vs no silício, e 77.000 cm2/Vs no antimoneto de índio, o semicondutor de mais alta mobilidade que se conhece.

Os grafenos produzidos hoje ainda deixam bastante a desejar em termos de pureza e têm pouco a ver com a estrutura teórica mostrada na ilustração. Além disso, por serem muito finos, eles precisam ficar apoiados em um substrato, geralmente de silício.

Os átomos do substrato acabam interferindo com a condução ótima do grafeno, o que coloca desafios para os pesquisadores em termos de encontrar formas de fabricar e utilizar o grafeno que possam tirar proveito de todo o seu potencial.

Bibliografia:
Intrinsic and Extrinsic Performance Limits of Graphene Devices on SiO2
Jian-Hao Chen, Chaun Jang, Shudong Xiao, Masa Ishigami, Michael S. Fuhrer
Nature Nanotechnology
23 March 2008
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nnano.2008.58

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=eletricidade-flui-ate-100-vezes-mais-rapido-em-folhas-de-grafeno&id=010110080326

[SnowRaptor]

O grafeno tem diversas propriedades interessantes. Um problema, entretanto é que quando se deposita uma folha de grafeno sobre um substrato, ela fica enrugada, não totalmente plana e lisinha. E essas mudanças na orientação do grafeno acabam passando a perna na mobilidade.

[Dr. Manhattan]

O grafeno tem diversas propriedades interessantes. Um problema, entretanto é que quando se deposita uma folha de grafeno sobre um substrato, ela fica enrugada, não totalmente plana e lisinha. E essas mudanças na orientação do grafeno acabam passando a perna na mobilidade.

Isso só acontece quando se produz a folha através da exfoliaçao mecânica. Existe um outro método, que permite criar folhas planas
de grafeno sobre um substrato de carbeto de silício, que produz folhas planas (só que aparece uma interaçao com o substrato, e
o que gera outros efeitos).

[SnowRaptor]

Bem lembrado. Além disso, aplicar o grafeno em dispositivos deve ser mais complicado ainda, pois mantê-lo mecanicamente estável dará trabalho. Provavelmente o meio seria prensar o grafeno em um sanduíche de substratos, mas isso zoaria fenomenalmente os orbitais , que sào os responsáveis por essa mobilidade...

[Dr. Manhattan]

Bem lembrado. Além disso, aplicar o grafeno em dispositivos deve ser mais complicado ainda, pois mantê-lo mecanicamente estável dará trabalho. Provavelmente o meio seria prensar o grafeno em um sanduíche de substratos, mas isso zoaria fenomenalmente os orbitais , que sào os responsáveis por essa mobilidade...

Nao acho que isso seria problema. Os dispositivos já feitos parecem ser bastante estáveis. Em alguns casos, eles depositam
uma camada de polímero sobre o grafeno. Nao é a toa que mal foram produzidas as folhas, já foi possível fazer dispositivos
sobre elas, ao contrário dos nanotubos.

[Pregador]

Pergunta de leigo. Teoricamente, podemos um dia ter fios de grafeno nos postes diminuindo a perda de energia?

[SnowRaptor]

Pergunta de leigo. Teoricamente, podemos um dia ter fios de grafeno nos postes diminuindo a perda de energia?

Não. Provavelmente utilizaremos fios supercondutores. Dificilmente o grafeno pode ser produzido na escala necessária para a rede elétrica.

[SnowRaptor]

Nao acho que isso seria problema. Os dispositivos já feitos parecem ser bastante estáveis. Em alguns casos, eles depositam
uma camada de polímero sobre o grafeno. Nao é a toa que mal foram produzidas as folhas, já foi possível fazer dispositivos
sobre elas, ao contrário dos nanotubos.

Agora eu tenho que vender meu peixe: o problema com os nanotubos é que eles podem ser condutores ou semicondutores, dependendo da quiralidade (orientação das hélices de anéis de carbono) . Isso complica a parte experimental, pois quando eles são produzidos (tipicamente por deposição de vapor sobre um substrato catalisador), eles aparecem em diversas quiralidades. Separar esses nanotubos depois de produzidos dá um trabalho do cão (que me rende um mestrado ). Tanto que só 15 anos depois que o "ocidente" descobriu os nanotubos é que estão bombando técnicas de separação. Par aí sim produzir transistores de molécula única, por exemplo.

[Unknown]

Chip de grafeno poderá atingir 1.000 GHz


Chip de grafeno, um multiplicador de frequências que poderá levar a processadores que funcionem em velocidades de até 1.000 GHz, ou 1 THz.[Imagem: Donna Coveney]

Se alguém duvida do potencial do grafeno para revolucionar a eletrônica, basta ver que esse material já foi utilizado para demonstrar os melhores transistores já fabricados, aí incluídos o mais rápido, o menor e o mais fino desses componentes que são a base de toda a eletrônica.

O grafeno é um material feito unicamente de carbono, com apenas um átomo de espessura, dispostos em um formato que lembra uma tela de galinheiro. Uma folha de grafeno enrolada resulta em um nanotubo de carbono.

Chip de grafeno

Agora, pesquisadores do MIT deram um passo adiante e fabricaram um chip experimental de grafeno. Embora ainda feito em escala de laboratório, o chip de grafeno demonstra a possibilidade do uso do material com as tecnologias padrão da indústria de semicondutores.

Segundo os pesquisadores, um chip de grafeno poderá estar disponível industrialmente em um ano ou dois.

Multiplicador de frequência

O chip de demonstração é um multiplicador de frequências, um dispositivo largamente utilizado em sistemas de comunicações de rádio e outras aplicações sem fio.

Um multiplicador de frequências é um dispositivo capaz de receber um sinal elétrico de determinada frequência - por exemplo, o sinal de clock que determina a velocidade de funcionamento dos processadores - e produzir um outro sinal que é um múltiplo desse sinal de entrada.

Os atuais multiplicadores de frequência exigem múltiplos componentes eletrônicos, o que gera sinais de saída com ruídos, que exigem filtros e consomem muita energia.

Chip de 1.000 GHz

O chip de grafeno, por sua vez, utiliza um único transístor e produz um sinal de saída limpo que dispensa os circuitos adicionais de filtragem.

"É muito difícil gerar altas frequências, acima de 4 ou 5 gigahertz, mas a nova tecnologia de grafeno poderá levar a sistemas viáveis na prática na faixa de 500 a 1.000 gigahertz," diz o professor Tomás Palacios, que ajudou a desenvolver o chip.

Na sua primeira versão, o chip de grafeno gera frequências que são o dobro da frequência de entrada. Mesmo neste estágio, contudo, eles podem ser colocados em série para produzir frequências de saída muito mais altas do que as que são possíveis atualmente.

Bibliografia:
Graphene Frequency Multipliers
Han Wang, Daniel Nezich, Jing Kong, Tomás Palacios
Electron Device Letters
May 2009
Vol.: In Press

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=chip-de-grafeno-podera-atingir-1-000-ghz&id=010110090330

[Unknown]

Telas dobráveis

O grafeno é o material do futuro. Pelo menos para diversos centros de pesquisa espalhados pelo mundo que, desde 2004, quando foi isolado pelo grupo de Andre Geim, da Universidade de Manchester, têm estudado as propriedades e aplicações dessa nova forma de carbono.

O grafeno é considerado o mais forte de todos os materiais já medido pelo homem. Por características insólitas (reduzida espessura, por exemplo) e propriedades notáveis (condução de eletricidade), ele tem sido cotado, entre outras coisas, como possível sucessor do silício na fabricação de chips de computador ou como o material de base para a nova geração de dispositivos eletrônicos.

Por formar folhas resistentes e capazes de serem dobradas sem danos – por conta do arranjo de átomos de carbono em uma estrutura que lembra o de uma colméia –, uma das principais aplicações potenciais do grafeno está na fabricação de aparelhos eletrônicos flexíveis.

Mas os dispositivos eletrônicos à base de grafeno desenvolvidos até o momento foram feitos de peças minúsculas (na escala dos micrômetros) e a partir de um método pouco eficiente que envolve “descascar” camadas de um substrato de grafite.

Em artigo publicado dia 15/1 na edição on-line da revista Nature, um grupo de cientistas da Coreia do Sul descreve um método alternativo e mais versátil para produzir filmes de grafeno com excelentes propriedades eletrônicas.

Os filmes são flexíveis e podem ser construídos em tamanhos relativamente grandes, de vários centímetros de área. No estudo, Byung Lee Hong, da Universidade Sungkyunkwan, e colegas aperfeiçoaram um processo conhecido como deposição de vapor químico, no qual uma mistura gasosa de hidrocarbonetos circula sobre folhas de níquel aquecidas e se quebra em átomos de carbono.

Os átomos, por sua vez, rearranjam-se na forma de grafeno. Ao esfriar rapidamente o substrato, são formados filmes com apenas algumas camadas de espessura. Esses filmes ultrafinos são transparentes e contam com alta condutividade elétrica, semelhantes aos obtidos pelo processo mecânico de obtenção de grafeno, até então o único existente.

A principal promessa da novidade está no desenvolvimento de eletrodos flexíveis, transparentes e que ocupam grandes áreas. Um exemplo, segundo os pesquisadores, está em telas eletrônicas, para uso em publicações como revistas ou jornais, em substituição ao papel.

O artigo Large-scale pattern growth of graphene filmes for stretchable transparent electrodes, de Byung Hong e outros, pode ser lido por assinantes da Nature em www.nature.com.

http://www.agencia.fapesp.br/materia/9965/divulgacao-cientifica/telas-dobraveis.htm

[Unknown]

Avanços com supermaterial

Agência FAPESP – Processadores menores, mais rápidos e mais versáteis representam uma busca constante para a indústria de informática. O futuro dos chips pode estar em um material insólito, o grafeno, como relata um novo estudo, publicado na edição desta sexta-feira (8/5) da revista Nature.

A pesquisa, conduzida por pesquisadores das universidades Stanford e da Flórida e do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, nos Estados Unidos, descreve avanços no uso do grafeno que poderão ajudar na aplicação dessas folhas com a espessura de átomos de carbono em computadores e outros dispositivos eletrônicos.

Descoberto em 2004, o grafeno é considerado o mais forte de todos os materiais. É também um dos tópicos mais quentes na física e química, por características particulares, como a reduzida espessura, e propriedades notáveis, como a excelente condução de eletricidade.

No novo estudo, os autores conseguiram criar um dos dois tipos básicos de semicondutores usando o grafeno. O grupo montou e testou um transistor do tipo N feito de fitas de tamanho nanométrico (bilionésimo de metro) do material.

A conquista é importante, uma vez que os semicondutores básicos usados na indústria são feitos em duas formas – tipo N e tipo P –, que se referem à presença de elétrons ou de buracos respectivamente. Como transistores tipo P de grafeno já haviam sido produzidos, agora os pesquisadores dispõem dos componentes do bloco de montar fundamental para a produção de novos processadores.

“É claro que há ainda desafios enormes até que isso possa ser colocado em produtos, mas acho que o novo estudo terá um papel muito importante nesse processo”, disse Jing Guo, da Universidade da Flórida, um dos autores da pesquisa.

“Nosso objetivo principal é encontrar uma nova maneira de modificar uma nanofita de grafeno de modo que ela seja capaz de conduzir elétrons. Trata-se de um requisito fundamental para que o material possa ser empregado na produção de dispositivos eletrônicos”, disse.

O entusismo pelo grafeno se deve a que, após décadas de uso, o chip de silício parece estar chegando ao seu limite. Se a evolução rumo a semicondutores cada vez menores, mais poderosos e mais baratos continuar, o que deve ocorrer, novos materiais precisarão ser encontrados.

A utilização do material nanotecnológico é objeto de pesquisa de diversos laboratórios no mundo. Em março, um grupo do Instituto de Tecnologia de Massachusetts divulgou ter conseguido criar um chip de grafeno capaz de multiplicar sinais elétricos.

Guo e colegas montaram o primeiro transistor do tipo N feito de grafeno por meio do uso de um novo método que envolve afixar átomos de nitrogênio nas extremidades da nanofita, tornando-as mais lisas e capazes de fazer com que o transistor seja mais rápido.

“Usamos a química para poder lidar com os desafios que temos que enfrentar quando passamos para dimensões em escalas nanométricas. Esse trabalho é apenas o começo, mas ele indica que a química do grafeno é uma área rica para explorar o potencial desse material”, disse Guo.

O artigo N-Doping of Graphene Through Electrothermal Reactions with Ammonia, de Jing Guo e outros, pode ser lido por assinantes da Nature em www.nature.com.

http://www.agencia.fapesp.br/materia/10462/divulgacao-cientifica/avancos-com-supermaterial.htm