Como fazer grafeno em casa

Grafeno o material do futuro
que é mais leve que uma pena e 200 vezes mais forte que o aço.
O grafeno é uma forma especial de carbono que tem apenas um único átomo de espessura. Um dos únicos objetos bidimensionais do mundo, ele deu aos seus criadores o Prêmio Nobel. E o que é mais incrível: você pode fazer a sua própria folha de grafeno com alguns objetos do cotidiano.
Mas não se anime muito: o grafeno que você será capaz de fazer terá apenas alguns nanômetros de comprimento. A maior parte do grafeno que você pode fazer por si só tem 0.25mm² de tamanho, o que não é muito maior do que a área do ponto em um ponto de exclamação. (!)

Em usos industriais, os cientistas fazem transistores com comprimento de porta menores do que 25 nanômetros (um nanômetro corresponde a um milionésimo de milímetro). O seu pedaço de grafeno, embora pareça insignificante para você, poderia ser usado para fazer centenas de transistores.

Estes 4 métodos de produção são extremamente eficientes e baratos.
Apenas para o 4º método é preciso cautela.

1: Fita adesiva
Este método consiste, basicamente, na utilização de um lápis de grafite comum para depositar uma camada de grafite em um papel. Em seguida, use fita adesiva comum para descolar a camada de grafite do papel. Use outro pedaço de fita adesiva para remover uma camada de grafite a partir da primeira fita adesiva. Em seguida, use um terceiro pedaço de fita adesiva utilizada para remover uma camada do segundo pedaço de fita adesiva, e assim por diante. Eventualmente, as camadas de grafite serão mais finas e mais finas, e você vai obter grafeno, que é uma camada única ou poucas camadas de grafite.
Mesmo que seja mais uma prova de conceito do que qualquer outra coisa, o método de fita adesiva funciona. É preciso paciência e tempo, mas é o método que um grupo de Manchester usou em 2004 para ganhar o Nobel, então isso não é só uma brincadeira com fita adesiva.

2: Liquidificador de cozinha
Um grupo de cientistas publicou um artigo no qual descrevem como fazer grafeno usando uma abordagem chamada esfoliação de corte líquido.

Este método é iniciado vertendo-se cristal em pó num líquido e, em seguida, utilizando um misturador de corte para separar (esfoliar) camadas de material a partir do cristal. O líquido que é utilizado nestes processos é escolhido de modo que as pequenas partículas de grafeno não se aglutinem, e o resultado é uma suspensão líquida de grafeno. A suspensão pode então ser seca para se obter nanoflocos de grafeno, ou pode ser utilizada diretamente em processos tecnológicos mais recentes, tais como a fabricação de revestimentos de grafeno, entre outros.

Mas como é que você faz grafeno em casa usando este método? Bem, você pode substituir o misturador de corte por um liquidificador de cozinha. E, em vez de líquidos especiais, você pode usar água e detergente. O detergente é adicionado para que as partículas não se acumulem, e funciona como um surfactante (elementos que alteram as superfícies dos líquidos). 

Uma grande fonte de grafite em pó são os lápis. Simplesmente coloque o pó de um lápis na solução de detergente e em seguida bata por um tempo. A menos que você tenha acesso a microscópios especiais e outros equipamentos, você provavelmente não será capaz de confirmar a existência de grafeno em sua solução de detergente, mas há uma regra rápida que você pode usar para estimar o tamanho da partícula. De um modo geral, se as partículas são grandes demais, elas irão afundar para o fundo do recipiente, enquanto que, se elas são menores, elas flutuam para o topo. As nanopartículas são tão pequenas que ficarão suspensas no meio da água, e é nisso que você deve prestar atenção se você está fazendo grafeno. Depois de fazer partículas de grafeno suficientes, filtre a suspensão e deixe-a secar. 

Dito isto, embora este método tenha funcionado para os pesquisadores, não fique muito animado sobre fazer o grafeno em casa desta maneira. É confuso e cria muito pequenos flocos de grafeno, e não algo para se gabar para seus amigos, a menos que você tenha um laboratório de alta tecnologia em seu porão e pretenda usá-lo para fazer transistores de grafeno. Por outro lado, esta tecnologia, juntamente com alguns outros métodos científicos, pode definir como o grafeno será feito em futuras instalações industriais.

3: gravador de DVD – abordagem da tecnologia LightScribe
 Aplicando a radiação laser de um gravador de DVD Lightscribe sob um filme de óxido de grafite produz-se uma camada finíssima de grafeno, de alta qualidade e muito resistente, excelente para funcionar como capacitor ou semicondutor.
Para usar esse método, você precisa de um computador com uma unidade de DVD que possua a tecnologia LightScribe (aquela que permite a gravação de textos ou imagens na parte não gravável do disco), bem como óxido de grafite. Você pode obter o óxido de grafite através de várias fontes, inclusive na internet.
Óxido de grafite é solúvel em água, então depois de misturá-lo com água, coloque-o com cuidado em um disco de DVD. Certifique-se que a solução de óxido de grafite seja distribuída uniformemente sobre a superfície de plástico do disco. Após a solução secar e criar um filme de óxido de grafite sobre o disco, coloque o disco na unidade de DVD, com o lado do filme para baixo. Use o software LightScribe para fazer a gravação na camada de óxido. As áreas do filme que entram em contato com o feixe de laser serão transformadas em grafeno. O que realmente acontece é uma reação que reduz óxido de grafite de volta para grafeno. A camada de grafeno resultante deve ser cuidadosamente removida do disco e cortada em pedaços de tamanho apropriado. Estas peças podem ser usadas ​​diretamente para criar um supercapacitor de grafeno.

Os métodos ANTERIORES criam apenas flocos de grafeno.

ATENÇÃO:
Este pode ser um método caseiro, porém só poderá ser feito por quem tem experiência técnica especializada uma vez que os materiais usados podem por em risco a sua saúde a de animais e a do meio ambiente.

4: a formação do filme de grafeno em Heptano
An image of a thick layer of oil floating on water in an ordinary glass
Imagem de uma espessa camada de óleo flutuando na água em um vidro comum

Esta é a mais nova receita grafeno DIY que ouvimos até agora. Trata-se de um pouco de física de fluidos para explicar o que está acontecendo em primeiro lugar. Se verter um líquido não-solúvel em água ele vai flutuar na superfície da água, ou a água irá flutuar no topo da mesma, dependendo se o líquido adicionado é mais pesado (mais denso) ou mais leve (menos densa) que a água. Um exemplo comum é o óleo que flutua sobre a água (ver imagem).
Um grupo de cientistas descobriu que você pode fazer grafeno vertendo dois solventes que não se misturam, como heptano e água, em um vidro e adicionando pó de grafite finamente moído e colocando em um banho de sonicação. Você pode comprar heptano na maioria das lojas de produtos químicos, a água é prontamente disponível (é uma boa ideia usar água destilada), e você pode facilmente obter varas de grafite em lojas de arte. Um banho de ultra-som é necessário, mas estes não são incomuns em sites de venda on-line como o ebay. O grafeno resultante é de um a quatro camadas de espessura, e é quimicamente estável. Ele pode ser extraído e depositado sobre uma placa de vidro limpo, ou qualquer outro substrato.

An image showing graphene floating on the interface between water and heptane
Imagem que mostra o grafeno flutuante na interface entre a água e heptano

A ideia é a de misturar o grafite finamente moído com água e heptano (1x1 medidas de água e heptano) e sonicar durante algum tempo. O que acontece depois é que flocos de grafite esfoliaM na interface entre água e heptano e grafeno realmente começa "escalada" para cima das paredes de vidro do frasco. Se um substrato hidrófilo, tal como uma lâmina de vidro, é introduzido através da interface, uma fina película de grafeno escalarão as paredes. A lâmina de vidro pode então ser extraída e após a secagem, você vai ficar com vidro revestidas de grafeno. Se você usar um frasco de polietileno, o grafeno resultante não escala as paredes do frasco, mas você ainda pode extraí-lo com uma lâmina de vidro ou outro material hidrofílico.

An image showing the environment through a graphene coated glass slide
Imagem mostra o ambiente através de uma lâmina de vidro com grafeno revestido.

Grafeno é depositado como um filme fino de ambos os lados da placa de vidro, e as suas propriedades de absorção de luz ligeiras pode ser visto olhando através dele (Grafeno absorve cerca de 2,3% da luz visível). A explicação do processo é que a tensão superficial do grafeno (54,8 mN / m) é quase a mesma entre a tensão superficial da água (72,9 mN / m) e heptano (20.1mN / m). A espessura do filme de grafeno é limitado por forças de capilaridade na interface e o excesso de grafeno irá simplesmente cair para o fundo do frasco. A formação de agregados grossos é suprimida pela difusão e a necessidade de energia necessária para formar uma nova camada.
Para mais informações, por favor consulte o documento original:
https://www.researchgate.net/publication/251567939_Conductive_Thin_Films_of_Pristine_Graphene_by_Solvent_Interface_Trapping

Esta é possivelmente a maneira mais fácil de fazer grafeno DIY em casa como uma folha arbitrariamente grande.

Fontes:

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