Grafeno induzido a laser: sua história, características, aplicações e papel na eletrônica sustentável

Abstract

O grafeno é um material que apresenta elevada transmitância, notável mobilidade eletrônica, elevada condutividade térmica e ampla área de superfície específica, características que fazem com que esse material tenha uma alta demanda em diversas aplicações em tecnologia. Apesar de suas vantagens, inicialmente a síntese desse material era bastante desafiadora, já que possuía um alto custo de fabricação e uma baixa escalabilidade de produção. Nesse contexto, diversos métodos alternativos foram desenvolvidos para a síntese do grafeno, visando explorar as diversas vantagens desse material com menores custos de produção e maior potencial para larga escala de produção. Um desses métodos, que se mostrou promissor nos últimos anos, é a síntese de grafeno pela indução a laser em substratos. Através desse método, é possível sintetizar grafeno de qualidade de forma eficiente, sem produção de resíduos, com substratos de baixo custo e uma alta capacidade de customização para se adaptar a diversas aplicações, como armazenamento de energia, dispositivos flexíveis e sensores. Neste trabalho, o grafeno induzido a laser (LIG) foi explorado de forma abrangente, abordando sua definição, origem histórica, métodos de síntese, substratos utilizados, reações envolvidas e parâmetros que influenciam suas propriedades. Em seguida, foram analisadas suas características estruturais, com ênfase na arquitetura 3D porosa, no grau de grafitização e nas propriedades associadas. Por fim, foram apresentadas aplicações do LIG em diversas áreas, como energia, sensores, eletrocatálise, dispositivos flexíveis e tratamento ambiental, ilustrando estudos que desenvolveram dispositivos baseados neste material. O trabalho também discute a sustentabilidade do LIG, alinhando suas propriedades, fabricação e aplicações a alguns dos objetivos globais de desenvolvimento sustentável estipulados pela Organização das Nações Unidas (ONU), e apresenta perspectivas futuras para o avanço dessa tecnologia.

Graphene is a material that exhibits high transmittance, remarkable electron mobility, excellent thermal conductivity, and a large specific surface area, characteristics that make it highly demanded in various technological applications. Despite these advantages, its synthesis was initially challenging due to high production costs and limited scalability. In this context, several alternative methods have been developed to enable large-scale, cost-effective graphene production. Among them, laser-induced graphene (LIG) synthesis has emerged as a promising approach, allowing the efficient, residue-free fabrication of high-quality graphene on low-cost substrates with high customizability for different applications, such as energy storage, flexible devices, and sensors. This work provides a comprehensive exploration of LIG, addressing its definition, historical origin, synthesis methods, substrates, chemical reactions involved, and parameters influencing its properties. The study further analyzes its structural features, emphasizing the porous 3D architecture, degree of graphitization, and related characteristics. Finally, applications of LIG in various Fields, including energy, sensors, electrocatalysis, flexible devices, and environmental treatment, are presented, supported by studies demonstrating the development of devices based on this material. The work also discusses the sustainability of LIG, aligning its fabrication and applications with the United Nations Sustainable Development Goals (SDGs), and outlines future perspectives for advancing this technology.