O que é grafeno e quais suas aplicações na Construção Civil?



O que é grafeno e quais suas aplicações na Construção Civil?
(Foto: ArchDaily Brasil/Reprodução)

 

Desde que o grafeno foi isolado na Universidade de Manchester em 2004, muito tem se comentado sobre as propriedades deste promissor material. Diversas pesquisas têm sido desenvolvidas para uma gama de usos nas mais diversas indústrias. Sabe-se que o grafeno é um dos materiais mais fortes conhecidos pela ciência, composto por uma única camada de átomos de carbono, em uma malha hexagonal.

 

Também, que é o material mais fino conhecido pelo homem, cerca de 200 vezes mais forte que o aço, mas 6 vezes mais leve. É excelente condutor de calor e eletricidade e possui interessantes habilidades de absorção de luz. Quando combinado com outros elementos (incluindo gases e metais) pode produzir diferentes materiais com propriedades muito superiores.

 


(Foto: ArchDaily Brasil/Reprodução)

 

Entre as indústrias, a Construção Civil observa no grafeno uma oportunidade de tornar-se mais eficiente e sustentável. Cientistas do Reino Unido descobriram uma forma de incorporá-lo no concreto, aumentando consideravelmente a resistência do material e sua impermeabilidade.

 

Os pesquisadores da Universidade de Exeter afirmam que o material compósito é "duas vezes mais forte e quatro vezes mais resistente à água do que os concretos existentes". A técnica desenvolvida pelos cientistas usa a nanotecnologia para suspender fragmentos atomicamente finos de grafeno na água usada na mistura de concreto.

 

Este processo requer menos material do que um processo de fabricação tradicional, o que reduz drasticamente a pegada de carbono do material, resultando em um concreto que não é apenas forte, mas também mais sustentável. Monica Craciun, professora da Exeter e pesquisadora, afirma que ao incluir o grafeno, pode-se reduzir a quantidade de materiais necessários para fazer o concreto em cerca de 50% - levando a uma redução significativa de 446 kg por tonelada das emissões de carbono.

 

Propriedades do grafeno:

·         Força: 200 vezes mais forte que o aço;

·         Espessura: O material mais fino já descoberto. 1 milhão de vezes mais fino que um fio de cabelo

·         Impermeável: é impermeável a tudo, exceto à água, o que pode ajudá-lo a filtrá-la

·         Completamente maleável e flexível;

·         Condutividade: É o material mais condutivo já descoberto, 100 vezes mais que o cobre;

·         Bidimensionalidade: Primeiro material bidimensional descoberto.

 

Em conjunto com o aço, os nanotubos de carbono podem ter alguns usos incrivelmente inovadores na Construção. Nanotubos de carbono significam camadas de grafeno envolvidas em cilindros perfeitos. Possíveis aplicações incluem cabos para pontes, com propriedades mecânicas muito superiores às atuais. Eles também podem ser incorporados ao concreto para atuar como fibras de suporte, fazendo com o concreto resultante possa lidar com a tração e a compressão muito melhor do que o concreto tradicional.

 


(Foto: ArchDaily Brasil/Reprodução)

 

Outra linha de pesquisa em desenvolvimento, na Universidade de Zhejiang, na China, desenvolve o chamado aerogel de grafeno. Trata-se de sólidos extremamente leves, com propriedades impressionantes como isolantes térmicos. Com uma densidade de apenas 0,16 miligramas por cm³, o material tem sido testado como antídoto contra reações álcali-agregados, como revestimento anticorrosivo de estruturas mistas (concreto e aço) e como isolante termoacústico.

 

Com elevada resistência mecânica e alta capacidade de recuperação elástica, o aerogel de grafeno já é considerado o produto mais leve desenvolvido em laboratório. O aerogel são materiais de baixa densidade em estado sólido derivados de gel, com o componente líquido substituído por gás.

 

É importante pontuar que apesar do grafeno apresentar uma grande promessa na criação de materiais de construção do futuro, ele tem a desvantagem: pelo menos para aplicações estruturais, de provavelmente não poder ser usado sozinho.

 

Portanto, materiais de construção baseados em grafeno podem estar um pouco mais distantes, apesar de as pesquisas estarem avançando rapidamente. Tratando-se de uma indústria altamente poluidora e geradora de resíduos, encontrar maneiras mais ecológicas de construir é um avanço crucial na redução das emissões de carbono em todo o mundo e, assim, ajudar a proteger o meio ambiente. O grafeno pode ser um dos caminhos para um futuro mais sustentável.

 

 

História do grafeno

 


(Foto: Segredos do Mundo/Reprodução)

 

Primeiramente, em 1947 o físico Philip Russel Wallace descobriu e estudou os princípios do material. Apesar disso, só em 1962 os químicos alemães Ulrich Hofmann e Hanns-Peter Boehm batizaram o composto. O nome dado foi resultado da junção das palavras “grafite” e o sufixo “-eno”.

 

Até 2004, o grafeno era conhecido apenas pela comunidade científica. Os cientistas Konstantin Novoselov (russo-britânico) e Andre Geim (russo-holandês), ambos da Inglaterra, mudaram isso. Na época, os dois resolveram testar o potencial do grafeno como transistor, uma alternativa ao silício usado em semicondutores.

 

Seus estudos tornaram o material cada vez mais fino, até chegar à espessura de um átomo. Apesar disso, a estrutura não teve sua condutividade danificada. A descoberta rendeu aos cientistas, seis anos depois, o Prêmio Nobel de Física. Só em 2010, foram publicados cerca de 3.000 estudos que comprovam os recursos aparentemente ilimitados do componente.

 

 

Brasil

 

As aplicações do grafeno envolvem inúmeras áreas do conhecimento, em especial: energia, sensores, compósitos e revestimentos, fotônica e optoeletrônica, automotivo e aeroespacial, comunicação, impressão 3D, biomedicina, polímeros, materiais esportivos, construção civil, saneamento e tecnologias wearable (roupas inteligentes).

 

Existem dezenas de métodos de produção de grafeno atualmente sendo pesquisados na academia e usados por diferentes empresas. Dentre eles destacam-se a esfoliação mecânica e tratamento químico da grafira, a deposição química por vapor (CVD) e a redução (transformação do óxido de grafeno em grafeno).

 

O Brasil conta com quatro principais centros que se ocupam da produção e do desenvolvimento de aplicações de grafeno: o MackGraphe em São Paulo, o MG Grafeno em Belo Horizonte, a Universidade de Caxias do Sul, em Caxias do Sul e o CTNano em Belo Horizonte, os quais começaram com projetos pilotos na área e atualmente procuram implantar infraestrutura tecnológica para a instalação de empresas envolvidas na produção de grafeno e no desenvolvimento de suas aplicações.

 

Elas continuarão a realizar pesquisa, desenvolvimento e formação de pessoal na área, incentivando a criação de startups em aplicações, as quais, ao terem os seus produtos prontos, serão transferidas para os correspondentes Parques Tecnológicos para exploração comercial.

 

O Brasil conta ainda com importantes Universidades, Institutos de Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação e outras entidades que desenvolvem atividades envolvendo o grafeno. A Finep (Financiadora de Estudos e Projetos) tem apoiado projetos de pesquisa, desenvolvimento e inovação envolvendo grafeno e lançou o Programa "Grafeno no Rota 2030: soluções para a Indústria Automotiva", no qual foram discutidas tendências e oportunidades da cadeia automotiva, além do oferecimento de recursos para a realização de projetos na área. Trata-se do primeiro programa federal envolvendo grafeno.

 

 

Cientistas descobrem como transformar lixo em grafeno 'em um flash'

 


(Foto: Olhar Digital/Reprodução)

 

A equipe do químico James Tour, da Rice University nos Estados Unidos, descobriu uma forma de transformar lixo em valioso grafeno "em um flash", usando um breve pulso de energia que aquece o material a 5.000 ºC. Barato, o processo chamado de "flash graphene" também é rápido: tudo acontece em apenas 10 milissegundos.

 

Segundo Tour, a matéria-prima pode ser qualquer fonte de carbono, como restos de comida, material orgânico, plásticos misturados ou pneus de borracha. Após um flash, o que sobra na câmara do reator é "puro grafeno": todas as outras substâncias são transformadas em gases, que podem ser capturados, separados e reaproveitados.

 

O grafeno produzido é do tipo "turbostrático", cujas folhas, com apenas um átomo de carbono de espessura, podem ser facilmente separadas. Em outros métodos, como a esfoliação de um bloco de carbono, a separação é muito mais difícil.

 

De acordo com o cientista, apenas 0,1% de grafeno, por volume, misturado ao cimento usado na produção de concreto resultaria em um material 17% mais resistente e seria o suficiente para reduzir seu impacto ambiental em um terço. Atualmente, grafeno não é usado devido ao seu alto preço, que pode variar de US$ 67 mil (mais de R$ 280 mil) a US$ 200 mil (mais de R$ 840 mil) o quilo, dependendo da qualidade do material.

 

 

"Ao fortalecer o concreto com grafeno, podemos usar menos concreto para a construção e ele custará menos para fabricar e transportar", disse ele. "Essencialmente, estamos capturando gases de efeito estufa, como dióxido de carbono e metano, que seriam emitidos pelos resíduos em aterros sanitários. Estamos convertendo essas formas de carbono em grafeno e adicionando esse grafeno ao concreto, diminuindo a quantidade de dióxido de carbono gerado na fabricação de concreto. Com o grafeno, temos um cenário ambiental em que todos ganham".

 

Com o novo processo, Tour espera produzir um quilograma de grafeno por dia dentro de dois anos, começando com um projeto recentemente financiado pelo Departamento de Energia dos EUA para converter carvão. "Isso poderia fornecer uma saída para o carvão em grande escala, convertendo-o de maneira barata em material de construção de valor muito mais alto", disse ele.

 

 

Com capacidade de 500 quilos por ano, fábrica de grafeno será inaugurada no Brasil

 

(Foto: UCS/Reprodução)

 

Está marcada para 14 de março a inauguração da planta fabril de produção de grafeno na Universidade de Caxias do Sul (UCS), no campus-sede da instituição. Será a primeira planta de produção de grafeno em escala industrial da América Latina.

O reitor, Evaldo Antonio Kuiava conta que, conforme o cronograma, a nova estrutura já está em fase de testes. A partir do início de seu funcionamento, no mês de março, terá capacidade de produzir 500 quilos do material ao ano.

 

O grafeno é pesquisado na UCS desde 2005, com desenvolvimentos nas áreas de nanotecnologia, medicina regenerativa, revestimentos avançados, tecidos inteligentes e segurança alimentar, entre outras.

 

Por ser o material mais leve e resistente que existe, com altíssima condutividade térmica e elétrica, a Universidade aposta na oferta de grafeno em escala industrial como meio para o avanço tecnológico da matriz econômica regional. "Investindo em pesquisa e inovação estamos cumprindo nosso papel em prol do desenvolvimento do país por meio da ciência e da tecnologia", define Kuiava.

 

 

Grafeno já tem primeiro manual de produção


 

(Foto: RTP Notícias/Reprodução)

 

O Graphene Flagship lançou um manual sobre os vários processos de fabricar grafeno, considerado o “material do futuro”. A escrita deste livro, que é considerado um projeto-bandeira da União Europeia, envolveu 70 investigadores do consórcio europeu.

 

Com o manual Production and processing of graphene and related materials, os autores pretendem atingir a produção de grafeno em massa e fazer com que a chegada aos consumidores seja mais rápida.

 

Os poucos dados existentes relativos à preparação e processamento de maneira correta do grafeno fazem com que sua generalização seja demorada. Por isso, o manual possui nove capítulos que resumem as diversas formas de sintetizar e fabricar grafeno e outros materiais bidimensionais. Exemplo disso é o nitreto de boro que é um bom isolante e condutor de calor.

 

Os vários centros europeus já estão a trabalhar, não só na preparação de normas que possam ser utilizadas como referência, como também na uniformização dos protocolos para o grafeno. Com isto, o Graphene Flagship pretende que as empresas possam integrar o material nas linhas de produção e design e que os cidadãos saibam o que têm em mãos.

 

“Além do grafite, há cerca de cinco mil materiais que se podem esfoliar, como se cada um fosse um baralho de cartas, e ao juntar cartas de baralhos diferentes abrem-se possibilidades de criar materiais que não existem na natureza, ampliando as hipóteses de combinar funções e, portanto, de fazer novos dispositivos”, explicou a Universidade do Minho (Portugal) em comunicado.

 

O “material do futuro” já possui várias aplicações em áreas comerciais, nomeadamente em sensores de movimentos e painéis solares acessíveis. Em curso estão outros avanços: filtros de purificação de água e de ar, circuitos integrados para a era 5G, eletrônica vestível e sensores de condução autónoma.

 



Em Portugal, o projeto envolve as universidades do Minho, Porto e Aveiro, o Laboratório Ibérico Internacional de Nanotecnologia (INL) e as empresas Glexyz, Graphenest e Sphere Ultrafast Photonics.

 

O manual é um dos três projetos-âncora de ciência da União Europeia, a par do Human Brain e do Quantum. Estes têm ajudado a Europa a competir com outros mercados globais em investigação e inovação.

 

 

Fontes:

- Segredos do Mundo

- Jornal Cidades

- Olhar Digital

- RTP Notícias

- Convergência Digital

- ArchDaily Brasil

- Euro News


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