Grafeno: de commodity a recurso tecnológico

Lápis e papel. Os mais básicos materiais escolares fazem parte do imaginário da sala de aula, e, geralmente, do primeiro contato da pessoa com a escrita. Enquanto palavras ou desenhos marcam as folhas em branco, é possível observar uma série de propriedades do grafite: na ponta do lápis, lá está o material de estrutura laminar – formado por diversas camadas, uma sobre a outra – composto por átomos de carbono, devidamente organizados em arranjo planar de hexágonos. Ao rabiscar algo, crianças e adultos deixam, sobre a superfície, inúmeras folhas de grafite, também conhecidas como “grafeno”.

Folha atômica do grafite, isolada pela primeira vez em 2004, o material apresenta diversas propriedades de interesse para a indústria: além de excelente condutor de calor e eletricidade, revela-se resistente, maleável, leve e transparente. “Por se compor de carbono, o grafeno conta com propriedades muito interessantes, com aplicações em várias áreas do conhecimento e ramos tecnológicos”, afirma Marcos Assunção Pimenta, professor da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) e coordenador geral do CTNano, centro de tecnologia em nanotubos de carbono e grafeno.

Atualmente, o material é aplicado na eletrônica, por meio da produção de substâncias diversas, e pode ser incorporado a plásticos, cerâmicas e borrachas, para que adquiram outras características. A riqueza das propriedades e as múltiplas aplicações tecnológicas do grafeno tornaram-no produto de alto valor agregado. Enquanto uma tonelada de grafite é comercializada por um dólar no mercado internacional, o mesmo volume de grafeno pode custar até 10 mil vezes mais.

A possibilidade de transformar uma commodity em recurso para desenvolvimento de tecnologias, com diversificação da economia nacional, gera novas perspectivas para a indústria da mineração. O Brasil é, hoje, o terceiro produtor e maior detentor de reservas de grafite do mundo. “As maiores reservas exploráveis do País estão em Minas Gerais. O potencial para obtenção do grafeno a partir do mineral grafita é enorme”, explica a química Clascídia Aparecida Furtado, pesquisadora do Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear (CDTN).

Da pesquisa à indústria

Segundo o professor Marcos Pimenta, existem dois métodos principais para obtenção do grafeno: de cima para baixo; e de baixo para cima. O primeiro consiste na esfoliação química e mecânica do grafite, com separação das folhas do material. O segundo se refere à construção da folha de grafeno a partir da deposição de átomos de carbono. “Monta-se, então, a estrutura, como se cada átomo fosse uma peça de Lego. Esse método é interessante quando há necessidade de amostra de boa qualidade, para produção de sensores, por exemplo”, explica. Já a esfoliação do grafite é vantajosa devido à possibilidade de produção em larga escala. “Tal processo químico, porém, danifica o material e leva à perda de qualidade”, completa.

Hoje, os estudos sobre grafeno e nanotubos de carbono procuram se alinhar com o mercado. A ideia é ampliar o desenvolvimento da cadeia de produção, da extração mineral à fabricação de ampla gama de produtos de alta tecnologia. Trata-se de cenário em que universidades, centros de pesquisa e indústria trabalham em conjunto. Que o diga um projeto do CDTN, parceria entre mestres e doutores com uma empresa mineira, que busca investigar modos de produção do grafeno. “Trabalhamos a obtenção do óxido de grafite em escala piloto. Além de bem-sucedido, o estudo é importante para otimização do processo de produção na empresa e para nossa capacitação”, esclarece Clascídia Furtado.

A empresa já operava com a rota de produção, que foi otimizada e teve qualidade atestada pelos pesquisadores. “A parceria entre academia e setor produtivo permite que novas tecnologias alcancem, de fato, o mercado.

A indústria só consegue inovar se tiver apoio dos centros de desenvolvimento tecnológico. E o conhecimento gerado na universidade, e nos centros de pesquisa, só pode se transformar caso conte com a demanda industrial”, afirma a pesquisadora.

De que modo usá-lo?

Diversas são as possíveis aplicações do grafeno, a depender, apenas, de propriedades e usos. Confira exemplos:

Condução de calor: o grafeno é ótimo condutor de calor, propriedade que pode conferir a materiais que, geralmente, dissipam energia. Seria o caso de misturá-lo a polímeros.

Componente eletrônico: o material é apontado como estratégico para desenvolvimento de nova era da eletrônica. “Todos os dispositivos eletrônicos são, hoje, feitos com silício. Nos últimos anos, experimentamos computadores mais rápidos, com maior capacidade de memória, que chegarão aos limites do que permite o silício. Existe a perspectiva de que o grafeno permita a continuação da evolução da informática, com materiais mais rápidos e eficientes”, afirma o professor Marcos Pimenta.

Energia: o grafeno pode ser usado para aumentar a eficiência de pilhas e de baterias para armazenar cargas. Também há de ser aplicado em dispositivos de conversão, fotovoltaicos, para aumentar a eficiência energética.

Leveza: materiais leves e resistentes são cada vez mais interessantes para a indústria. Que o digam as pás eólicas, que convertem a força do vento em energia elétrica. Quanto maior o catavento, maior a eficiência da conversão – ou seja: pás maiores e mais leves resultam em maior eficiência energética. Na indústria aeronáutica, é possível produzir aviões mais leves, que gastem menos energia e provoquem menor impacto ambiental.

Resistência: é possível misturar o grafeno a outros materiais, como o plástico, que é flexível, mas rasga com facilidade. Por ser resistente, o grafeno manteria a maleabilidade do plástico, conferindo-lhe mais resistência.

Leia a reportagem completa na edição digital da Minas Faz Ciência n. 72:

 

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