O grafeno é incrivelmente útil, mas muito difícil de produzir – até agora.

  • O grafeno é uma rede de átomos de carbono dispostos em forma de tela de galinheiro, uma estrutura que o torna muito útil para uma ampla gama de aplicações.
  • No entanto, tem sido muito difícil e caro de fazer.
  • Essa nova técnica reduz o custo e a dificuldade do aquecimento instantâneo de qualquer material à base de carbono, como borra de café usada ou resíduos de plástico.

Uma tecnologia recente desenvolvida na Rice University está levando ao extremo a ideia de que o lixo de um homem é o tesouro de outro. Cascas de banana, borra de café, recipientes de plástico descartáveis, carvão – tudo isso e muito mais estão sendo transformados em um dos materiais mais valiosos do mercado: o grafeno. O químico James Tour e sua equipe desenvolveram um processo rápido que pode transformar grandes quantidades de lixo em flocos de grafeno.

“Este é um grande negócio”, disse Tour em uma Universidade Rice comunicados à CMVM. “O mundo joga fora de 30% a 40% de todos os alimentos, porque estragam, e o lixo plástico é uma preocupação mundial. Já provamos que qualquer matéria sólida à base de carbono, incluindo resíduos plásticos mistos e pneus de borracha, pode ser transformada em grafeno.”

Uma renderização de grafeno.Fonte: Max Pixel / Domínio Público

O valor do grafeno se deve principalmente à sua incrível força e à grande variedade de aplicações industriais que possui. Esse material consiste em uma única camada de átomos de carbono conectados uns aos outros por seis ligações químicas, criando uma treliça que se assemelha a um arame.

O grafeno não só é extremamente útil em experimentos científicos devido à sua alta reatividade e resistência, como também pode ser adicionado a todos os tipos de outros materiais para melhorar sua resistência ou torná-los mais leves, como concreto ou metais. É o material mais condutor, tornando-o inestimável para uso como dissipador de calor em, por exemplo, LEDs ou smartphones. Também pode ser usado em tecnologia de bateria, em tintas, em sensores e muito mais – existem literalmente muitas aplicações para este material cobrir apenas neste artigo.

Apesar de sua alta utilidade, o grafeno ainda não faz parte do nosso dia a dia. Parte da razão é por causa de seu custo proibitivo. O grafeno é difícil de produzir a granel, com “o preço comercial atual do grafeno sendo de US$ 67,000 a US$ 200,000 por tonelada”, disse Tour. Técnicas comuns incluem esfoliação, na qual folhas de grafeno são removidas do grafite, ou deposição de vapor químico, na qual o metano (CH4) é vaporizado na presença de um substrato de cobre que agarra os átomos de carbono do metano, organizando-os como grafeno.

A nova técnica, chamada aquecimento Joule flash, é muito mais simples, mais barato e não depende de solventes perigosos ou aditivos químicos. Simplificando, um material à base de carbono é exposto a um calor de 2,760°C (5,000°F) por apenas 10 milissegundos. Isso quebra todas as ligações químicas no material de entrada. Todos os átomos, exceto o carbono, se transformam em gás, que escapa nesse dispositivo de prova de conceito, mas pode ser capturado em aplicações industriais. O carbono, no entanto, reagrupa-se como flocos de grafeno.

Além disso, essa técnica produz o chamado grafeno turbostático. Outros processos produzem o que é conhecido como grafeno empilhado AB, no qual metade dos átomos de uma folha de grafeno fica sobre os átomos de outra folha de grafeno. Isso resulta em uma ligação mais firme entre as duas folhas, tornando-as mais difíceis de separar. O grafeno turbostático não tem essa ordem entre as folhas, por isso é mais fácil removê-los um do outro.

O caso de uso mais óbvio para o que os pesquisadores chamaram de “flash grafeno” é usar esses flocos de grafeno como um componente do concreto. “Ao fortalecer o concreto com grafeno”, disse Tour, “poderíamos usar menos concreto para construir e custaria menos para fabricar e menos para transportar. Essencialmente, estamos retendo gases de efeito estufa, como dióxido de carbono e metano, que resíduos de alimentos teriam emitido em aterros sanitários. Estamos convertendo esses carbonos em grafeno e adicionando esse grafeno ao concreto, reduzindo assim a quantidade de dióxido de carbono gerado na fabricação de concreto. É um cenário ambiental ganha-ganha usando grafeno.”

O concreto é uma aplicação importante para esse material, que seria econômica e ambientalmente saudável, mas também existem muitas outras. À medida que esse método e outros para produzir grafeno em massa amadurecem, podemos esperar ver um futuro com materiais e tecnologias cada vez mais fortes, mais leves, mais avançados e menos destrutivos para o meio ambiente.

Fonte: O grafeno normalmente custa US$ 200,000 por tonelada. Agora, os cientistas podem fazer isso do lixo. - Grande Pensamento

Traduzir »