Grafeno – Tabela de Materiais – Aplicações – Preço

Sobre o Grafeno

O grafeno é um alótropo de carbono que consiste em uma única camada de átomos dispostos hexagonalmente em uma rede bidimensional. O grafeno é uma substância com propriedades muito interessantes. O grafeno possui alta condutividade térmica, alta condutividade elétrica, alta elasticidade e flexibilidade, alta dureza e resistência. Essas propriedades, juntamente com a abundância de carbono na natureza, fizeram do grafeno um material muito estudado e com grandes possibilidades. 

Resumo

Nome	Grafeno
Fase em STP	sólido
Densidade	2270 kg/m3
Resistência à tração	130000 MPa
Força de rendimento	N/D
Módulo de elasticidade de Young	1000 GPa
Dureza Brinell	N/D
Ponto de fusão	3697 °C
Condutividade térmica	4000 W/mK
Capacidade de calor	N/D
Preço	100 $/kg

Composição do Grafeno

O grafeno é um material composto por agrupamentos de átomos de carbono que estão posicionados de forma hexagonal. Este arranjo resulta em monocamadas de um átomo de espessura. Cada átomo em uma folha de grafeno está conectado aos seus três vizinhos mais próximos por uma ligação σ e contribui com um elétron para uma banda de condução que se estende por toda a folha. 

Aplicações do Grafeno

O grafeno é um condutor transparente e flexível que é uma grande promessa para várias aplicações de materiais/dispositivos, incluindo células solares, diodos emissores de luz (LED), painéis de toque e janelas ou telefones inteligentes. Produtos para smartphones com telas de toque de grafeno já estão no mercado. No entanto, com os processos de fabricação existentes, o grafeno é extremamente desafiador para a produção em massa, o que pode ser um fator limitante em seu uso comercial. 

Propriedades Mecânicas do Grafeno

Força do Grafeno

Na mecânica dos materiais, a resistência de um material é sua capacidade de suportar uma carga aplicada sem falha ou deformação plástica. A resistência dos materiais considera basicamente a relação entre as cargas externas aplicadas a um material e a deformação resultante ou alteração nas dimensões do material. Ao projetar estruturas e máquinas, é importante considerar esses fatores, para que o material selecionado tenha resistência adequada para resistir às cargas ou forças aplicadas e manter sua forma original.

A resistência de um material é sua capacidade de suportar esta carga aplicada sem falha ou deformação plástica. Para tensão de tração, a capacidade de um material ou estrutura de suportar cargas que tendem a se alongar é conhecida como resistência à tração final (UTS). O limite de escoamento ou tensão de escoamento é a propriedade do material definida como a tensão na qual um material começa a se deformar plasticamente, enquanto o ponto de escoamento é o ponto onde a deformação não linear (elástica + plástica) começa. No caso de tensão tracional de uma barra uniforme (curva tensão-deformação), a lei de Hooke descreve o comportamento de uma barra na região elástica. O módulo de elasticidade de Young é o módulo de elasticidade para tensões de tração e compressão no regime de elasticidade linear de uma deformação uniaxial e geralmente é avaliado por ensaios de tração.

Veja também: Resistência dos Materiais

Resistência à tração final do Grafeno

A resistência à tração final do Grafeno é de 130.000 MPa.

Força de rendimento do Grafeno

O limite de escoamento do Grafeno é N/A.

Módulo de Elasticidade do Grafeno

O módulo de elasticidade de Young do Grafeno é 1000 GPa.

Dureza do Grafeno

Na ciência dos materiais, a dureza é a capacidade de suportar o recuo da superfície (deformação plástica localizada) e arranhões. O teste de dureza Brinell é um dos testes de dureza de indentação, que foi desenvolvido para testes de dureza. Nos testes Brinell, um penetrador esférico duro é forçado sob uma carga específica na superfície do metal a ser testado.

O número de dureza Brinell (HB) é a carga dividida pela área da superfície da indentação. O diâmetro da impressão é medido com um microscópio com uma escala sobreposta. O número de dureza Brinell é calculado a partir da equação:

A dureza Brinell do Grafeno é aproximadamente N/A.

Veja também: Dureza dos Materiais

Propriedades térmicas do Grafeno

Grafeno – Ponto de fusão

O ponto de fusão do Grafeno é 3697 °C.

Observe que esses pontos estão associados à pressão atmosférica padrão. Em geral, a fusão é uma mudança de fase de uma substância da fase sólida para a líquida. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual essa mudança de fase ocorre. O ponto de fusão também define uma condição na qual o sólido e o líquido podem existir em equilíbrio. Para vários compostos químicos e ligas, é difícil definir o ponto de fusão, pois geralmente são uma mistura de vários elementos químicos.

Grafeno – Condutividade Térmica

A condutividade térmica do Grafeno é de 4000 W/(m·K).

As características de transferência de calor de um material sólido são medidas por uma propriedade chamada condutividade térmica, k (ou λ), medida em W/mK. É uma medida da capacidade de uma substância de transferir calor através de um material por condução. Observe que a lei de Fourier se aplica a toda matéria, independentemente de seu estado (sólido, líquido ou gasoso), portanto, também é definida para líquidos e gases.

A condutividade térmica da maioria dos líquidos e sólidos varia com a temperatura. Para vapores, também depende da pressão. No geral:

A maioria dos materiais são quase homogêneos, portanto, geralmente podemos escrever k = k(T). Definições semelhantes estão associadas a condutividades térmicas nas direções y e z (ky, kz), mas para um material isotrópico a condutividade térmica é independente da direção de transferência, kx = ky = kz = k.

Grafeno – Calor Específico

O calor específico do Grafeno é 509 J/g K.

Calor específico, ou capacidade calorífica específica, é uma propriedade relacionada à energia interna que é muito importante na termodinâmica. As propriedades intensivas c_v e c_p são definidas para substâncias compressíveis puras simples como derivadas parciais da energia interna u(T, v) e entalpia  h(T, p), respectivamente: 

onde os subscritos v e p denotam as variáveis ​​mantidas fixas durante a diferenciação. As propriedades c_v e c_p são chamadas de calores específicos (ou capacidades térmicas) porque, sob certas condições especiais, elas relacionam a mudança de temperatura de um sistema com a quantidade de energia adicionada pela transferência de calor. Suas unidades no SI são J/kg K ou J/mol K.

Propriedades e preços de outros materiais

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