Nanomateriais bidimensionais em engenharia: propriedades e aplicações

Abstract

Os nanomateriais bidimensionais (2D) são sólidos cristalinos fascinantes formados por camadas únicas de átomos (formando uma rede plana), como grafeno – material revolucionário, e fósforo preto – material promissor. Esses materiais ultraleves e ultradelgados exibem propriedades elétricas, mecânicas e ópticas excepcionais. O grafeno, composto por uma camada de átomos de carbono em estrutura hexagonal, destaca-se por sua altíssima condutividade elétrica, resistência mecânica e transparência óptica. Sua grande área superficial e alta mobilidade de carga o tornam ideal para aplicações em eletrônica flexível, dispositivos optoeletrônicos e materiais compósitos. Por outro lado, o fósforo preto, uma forma alotrópica do fósforo, possui uma estrutura cristalina 2D única e uma banda proibida de energia ajustável, sendo promissor para eletrônica de baixa potência e dispositivos fotônicos. Além disso, o fósforo preto demonstra excelente estabilidade química e alta sensibilidade a alterações de carga, o que o torna atraente para sensores e dispositivos biomédicos. O presente estudo tem como objetivo principal revisar os avanços mais recentes em nanomateriais 2D e discutir os efeitos de suas propriedades nas tecnologias de armazenamento de energia, fotocatálise e biomedicina. Além de uma revisão bibliográfica abrangente, o estudo aborda os desafios e limitações enfrentados por esses materiais nos tempos atuais. A crítica avaliação das perspectivas futuras dos nanomateriais 2D também é um foco importante, considerando as necessidades de produção em larga escala, uniformidade de qualidade, integração com dispositivos existentes, estabilidade química e ambiental, propriedades mecânicas e eletrônicas, e compatibilidade com tecnologias atuais. Superar essas limitações é crucial para a adoção ampla e efetiva desses materiais em aplicações práticas.