Atualmente, com o avanço da ciência, em especial na área da nanotecnologia, o uso do grafeno vem ganhando espaço devido as suas propriedades elétricas, químicas, mecânicas, térmicas e suas aplicações tecnológicas como baterias, células fotovoltaicas, supercapacitores, sensores e outras aplicações futuras. O grafeno é o nome dado para uma monocamada de átomos de carbono hermeticamente empacotadas em posição de retículo bidimensional (2D), sendo a principal forma de materiais da grafite.
Para o grafeno, cada átomo de carbono está ligado a outros três átomos de carbono no plano em duas dimensões e desta forma deixa um elétron livre na terceira dimensão para condução eletrônica.
Os elétrons nos orbitais pi (π), possuem alta mobilidade nos sítios superiores e inferiores da folha de grafeno, tais orbitais ajudam a aumentar as ligações carbono-carbono.
Outro fator fundamental do grafeno é a resistência do material devido ao fato da hibridização em sp2 gerar três ligações do tipo sigma (σ) e desta forma, contribui como um material maleável e um excelente condutor térmico.
O grafeno é obtido em solução não aquosa ou solução aquosa com surfactantes ou agentes oxidantes sob o processo de ultrassom (sonicação) normalmente em 20-40 kHz, desta forma separa a grafite em plaquetas individuais (grafeno). Outro processo para síntese de grafeno consiste em obtê-los a partir de nanotubos de carbono, cuja técnica consiste em uma deposição química em fase de vapor sobre superfícies metálicas ou superfícies de silício.
Um dos métodos mais aplicados para análise de suspensão de grafeno é a dieletroforese, que consiste na deposição de monocamadas sobre superfícies metálicas de eletrodos de transistores .
Os transistores são desenvolvidos para estudo de propriedades de condução de corrente elétrica do grafeno de forma que o gap (trata-se da diferença de energia entre as bandas de valência e condução, onde não há estados acessíveis a elétrons ou lacunas) entre os eletrodos confeccionados gerem um campo eletromagnético para conduzir a partícula no sentido do gap.
Este processo de deposição por dieletroforese, permite avaliar propriedades elétricas do grafeno como resistividade especifica que permite determinar a quantidade de corrente elétrica que passa por dentro do material.
As características do carbono e hibridização
O carbono é um elemento químico (símbolo C) que pertence à família 4A da tabela periódica.
Possuí o número atômico 6 (6 prótons e 6 elétrons), massa atômica 12u, sólido à temperatura ambiente e um elemento essencial para química orgânica e presente em todos os seres vivos. Pode ser encontrado na natureza em variadas formas alotrópicas como carbono amorfo em forma da grafite, diamante ou estruturas como grafeno na escala nanométrica.
O carbono é um elemento químico capaz de formar variados compostos e este comportamento se deve as diferentes hibridizações que o carbono pode assumir (sp3, sp2 e sp).
O processo de hibridização é pelo qual os orbitais se combinam para formar orbitais de menor energia. O carbono possui 6 elétrons que estão distribuídos nos orbitais atómicos nas formas 1s2, 2s2 e 2p2.
Elétrons na região subnível 1s são fortemente ligados ao núcleo e não realizam ligações químicas.
Os elétrons da ultima camada dos subníveis 2s e 2p participam das ligações químicas. Isto se deve ao fato da hibridização sp2 promover um de seus elétrons do subnível 2s para o subnível 2p gerando 4 elétrons desemparelhados.
Já para hibridização sp, os orbitais “p” puros são reservados para as ligações pi (π) e servindo para aproximação de átomos ligados através das ligações sigma.
Para hibridização sp2 do carbono, 3 elétrons são distribuídos igualmente nos orbitais degenerados e simétricos e o quarto elétron situado no orbital p é capaz de formar ligação do tipo π com outro orbital p.
A estrutura para o tipo de hibridização em sp2 é trigonal planar com ângulos entre as ligações dos orbitais híbridos de 120°.
