Em 2004, dois físicos da Universidade de Manchester, no Reino Unido, utilizaram uma fita adesiva comum para isolar, pela primeira vez, uma folha atômica de grafite, inaugurando uma nova classe de materiais. Conhecido como grafeno, o material conduzia eletricidade tão bem quanto o cobre, destacava-se como um excelente condutor de calor e, embora sua estrutura muito compacta de carbono o tornasse denso, sua espessura ultrafina conferia extrema flexibilidade. A própria obtenção do grafeno foi considerada um feito surpreendente na época, dado que se julgava impensável que materiais cristalinos formados por apenas uma camada atômica fossem estáveis. O impacto da descoberta foi tão significativo que a dupla recebeu o Nobel de Física.

Embora mais de duas décadas tenham se passado desde a descoberta, cientistas continuam explorando essa classe de materiais, conhecida como materiais bidimensionais (2D) ou lamelares. Esses materiais consistem em uma ou poucas camadas atômicas e exibem comportamentos físicos que, muitas vezes, desaparecem em suas formas tridimensionais, ampliando o leque de potenciais aplicações tecnológicas.

A física Ingrid Barcelos, pesquisadora do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), chefia um dos grupos brasileiros dedicados ao estudo desses materiais. A pesquisa de Barcelos é centrada na investigação de materiais 2D derivados de filossilicatos, minerais encontrados na natureza, e conta com financiamento da FAPESP. Segundo Barcelos, embora os filossilicatos sejam muito abundantes na natureza, eles ainda são pouco estudados. A pesquisadora ressalta que, devido ao seu baixo custo quando comparados a materiais 2D sintéticos, esses minerais se apresentam como opções acessíveis para aplicações tecnológicas, destacando-se como escolhas mais sustentáveis por terem origem natural e não passarem por processamento prévio, gerando menor impacto ambiental no descarte.

Os filossilicatos são formados pela combinação de átomos de silício e oxigênio, que se organizam em camadas empilhadas, compondo o mineral. À semelhança do procedimento pioneiro com o grafeno, Barcelos utiliza fitas adesivas para esfoliar, ou seja, separar as camadas desses minerais, produzindo flocos de espessuras nanométricas. Conforme explica a pesquisadora, a separação em camadas ultrafinas só é viável porque as interações entre as diferentes camadas sobrepostas são fracas o suficiente para permitir a clivagem, ao passo que as ligações entre os átomos de cada camada mantêm a integridade estrutural. Barcelos ilustra esse processo comparando-o a um pacote de folhas de papel do qual se pode retirar folha por folha, sendo cada qual uma camada atômica. 

Barcelos aponta que os filossilicatos possuem características físicas de isolantes elétricos. De acordo com a pesquisadora, no universo dos materiais 2D, poucos apresentam esse comportamento; o nitreto de boro hexagonal, um dos mais utilizados, possui custo elevado para a obtenção de alta qualidade cristalina e produção concentrada em poucos locais, o que limita o seu acesso. Entre os filossilicatos estudados por Barcelos está o talco, um material 2D derivado da pedra-sabão. Essa rocha, abundante em Minas Gerais, é utilizada na fabricação de utensílios de cozinha e foi o material escolhido pelo artista Aleijadinho para esculpir suas obras.

Em 2018, a equipe publicou um estudo na revista ACS Photonics sobre as propriedades do talco para o desenvolvimento de dispositivos optoeletrônicos. Para investigar como a luz se propaga em escala nanométrica, os pesquisadores combinaram a nano-espectroscopia de infravermelho à microscopia óptica de varredura no campo próximo tipo espalhamento (s-SNOM), revelando como a radiação trafega em seu interior.

Em outro estudo, publicado em 2025 na revista Nanoscale, o grupo descreveu como o talco suporta a formação de fônon-poláritons, que são quasipartículas originadas da interação intensa entre a luz e as vibrações atômicas do cristal, permitindo entender como a radiação se propaga no material.

As propriedades físicas de materiais 2D ampliam seu campo de aplicação: enquanto alguns atuam na eletrônica flexível com circuitos dobráveis, outros, como o grafeno, já são incorporados a plásticos para reforçar sua resistência. Embora o talco e outros minerais permaneçam em estágios incipientes de caracterização, a investigação de matérias-primas abundantes e baratas abre caminho para a criação de futuros dispositivos optoeletrônicos, nanofotônicos e emissores quânticos de luz.

https://revistapesquisa.fapesp.br/garimpando-o-solo-atras-de-avancos-t ecnologicos/.adaptado.