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O grafeno, uma camada única de átomos de carbono dispostos numa estrutura hexagonal, tem atraído grande atenção devido às suas excepcionais propriedades eléctricas, térmicas e mecânicas.No entanto, o seu elevado custo de produção, problemas de escalabilidade e preocupações ambientais levaram os investigadores a explorar materiais alternativos que podem imitar ou mesmo ultrapassar o desempenho do grafeno em determinadas aplicações.Estas alternativas incluem materiais como o nitreto de boro hexagonal (h-BN), os dicalcogenetos de metais de transição (TMD), o fósforo negro e os MXenes.Cada um destes materiais oferece propriedades únicas que os tornam adequados para aplicações específicas, como a eletrónica, o armazenamento de energia e a catálise.Esta resposta explora as alternativas mais promissoras ao grafeno, as suas propriedades e potenciais aplicações.

Pontos-chave explicados:

1. Nitreto de Boro Hexagonal (h-BN)

   • Propriedades:Frequentemente designado por "grafeno branco", o h-BN partilha com o grafeno uma estrutura de rede hexagonal semelhante, mas é composto por átomos de boro e azoto em vez de carbono.É um excelente isolante elétrico com elevada condutividade térmica, o que o torna ideal para utilização como substrato ou camada isolante em dispositivos electrónicos.
   • Aplicações O h-BN é amplamente utilizado em eletrónica 2D, uma vez que proporciona uma superfície lisa e quimicamente inerte que minimiza a dispersão de electrões.Também é utilizado em aplicações de gestão térmica devido à sua capacidade de dissipar o calor de forma eficiente.

2. Dicalcogenetos de metais de transição (TMDs)

   • Propriedades:Os TMDs, como o dissulfureto de molibdénio (MoS₂) e o disseleneto de tungsténio (WSe₂), são materiais em camadas com a fórmula geral MX₂, em que M é um metal de transição e X é um calcogénio (enxofre, selénio ou telúrio).Estes materiais exibem propriedades semicondutoras, ao contrário do grafeno, que é um material de intervalo de banda zero.
   • Aplicações:Os TMDs são particularmente promissores para utilização em transístores de efeito de campo (FETs), fotodetectores e dispositivos optoelectrónicos.O seu intervalo de banda ajustável permite a criação de eletrónica flexível e transparente.

3. Fósforo Negro

   • Propriedades:O fósforo negro é um material em camadas com uma estrutura em favo de mel enrugado.Tem um intervalo de banda sintonizável que varia com o número de camadas, indo de 0,3 eV (bulk) a 2,0 eV (monocamada).Esta propriedade torna-o altamente versátil para aplicações electrónicas e optoelectrónicas.
   • Aplicações:O fósforo negro é utilizado em transístores de alto desempenho, fotodetectores e dispositivos de armazenamento de energia.As suas propriedades anisotrópicas também o tornam adequado para aplicações dependentes da direção, tais como sensores.

4. MXenos

   • Propriedades:MXenes são uma família de carbonetos, nitretos e carbonitretos de metal de transição 2D com a fórmula geral Mₙ₊₁XₙTₓ, onde M é um metal de transição, X é carbono ou nitrogênio e Tₓ representa grupos funcionais de superfície.Eles exibem alta condutividade elétrica, resistência mecânica e hidrofilicidade.
   • Aplicações:Os MXenes são amplamente utilizados em dispositivos de armazenamento de energia, tais como supercapacitores e baterias, devido à sua elevada área de superfície e condutividade.Também são explorados para utilização em blindagem contra interferências electromagnéticas e purificação de água.

5. Carbeto de silício (SiC)

   • Propriedades:O carboneto de silício é um composto de silício e carbono com um amplo intervalo de banda, elevada condutividade térmica e excecional resistência mecânica.Está disponível nas formas a granel e 2D.
   • Aplicações:O SiC é utilizado em dispositivos electrónicos de alta temperatura e de alta potência, tais como inversores de potência e componentes de veículos eléctricos.A sua forma 2D, conhecida como siliceno, está a ser explorada para utilização na eletrónica da próxima geração.

6. Fosforeno

   • Propriedades:O fosforeno é a forma monocamada do fósforo negro e apresenta um intervalo de banda direto, o que o torna altamente adequado para aplicações optoelectrónicas.Tem também uma elevada mobilidade de portadores e propriedades anisotrópicas.
   • Aplicações:O fosforeno é utilizado em transístores, fotodetectores e células solares.A sua natureza anisotrópica permite o desenvolvimento de dispositivos com sensibilidade direcional.

7. Grafeno

   • Propriedades:O Graphdiyne é um material 2D à base de carbono com uma estrutura semelhante à do grafeno, mas com ligações adicionais de acetileno entre os átomos de carbono.Esta estrutura confere-lhe um intervalo de banda ajustável e uma elevada porosidade.
   • Aplicações:O Graphdiyne é explorado para utilização em armazenamento de energia, catálise e separação de gases.A sua estrutura única permite o armazenamento eficiente de iões de lítio, tornando-o um material promissor para baterias.

8. Carboneto de Boro (B₄C)

   • Propriedades:O carboneto de boro é um material leve e duro com elevada estabilidade térmica e química.É frequentemente utilizado em materiais compósitos para melhorar as suas propriedades mecânicas.
   • Aplicações:O B₄C é utilizado em blindagem de armaduras, proteção contra neutrões e aplicações de alta temperatura.A sua forma 2D está a ser investigada para utilização em dispositivos electrónicos.

Ao tirar partido destes materiais alternativos, os investigadores e as indústrias podem ultrapassar algumas das limitações associadas ao grafeno e, ao mesmo tempo, obter um elevado desempenho em várias aplicações.Cada material oferece vantagens únicas, tornando-os adequados para casos de utilização específicos em eletrónica, armazenamento de energia e muito mais.

Tabela de resumo:

Material	Propriedades principais	Aplicações
Nitreto de Boro Hexagonal (h-BN)	Isolador elétrico, elevada condutividade térmica	Eletrónica 2D, gestão térmica
Dicalcogenetos metálicos de transição (TMD)	Semicondutores, intervalo de banda ajustável	Transístores de efeito de campo, fotodetectores, optoelectrónica
Fósforo negro	Bandgap sintonizável, propriedades anisotrópicas	Transístores, fotodetectores, armazenamento de energia
MXenos	Elevada condutividade eléctrica, resistência mecânica, hidrofilicidade	Supercapacitores, baterias, proteção contra interferências electromagnéticas
Carbeto de silício (SiC)	Grande intervalo de banda, elevada condutividade térmica, resistência mecânica	Eletrónica de alta potência, componentes de veículos eléctricos
Fosforeno	Bandgap direto, elevada mobilidade dos portadores, propriedades anisotrópicas	Transístores, fotodetectores, células solares
Grafeno	Bandgap sintonizável, elevada porosidade	Armazenamento de energia, catálise, separação de gases
Carboneto de boro (B₄C)	Leve, elevada estabilidade térmica e química	Revestimento de armaduras, proteção contra neutrões, aplicações a altas temperaturas

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