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Técnica permite ganho de escala na produção de materiais com grafeno

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Um grupo de pesquisadores brasileiros desenvolveu estratégias que permitem produzir nanocompósitos de plástico e grafeno em escala industrial. O isolamento do cristal de grafeno é um dos maiores avanços na ciência e tecnologia desde que foi realizado pela primeira vez em 2004, o que rendeu o prêmio Nobel de Física aos seus criadores em 2010. No entanto, a criação de nanocompósitos do material com o plástico ainda ocorre basicamente em escala laboratorial.

Trabalho foi apresentado no Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência de Materiais. Pesquisadores apresentaram ainda resultados sobre corrosão de metais e sensores para gases tóxicos, entre outros (imagem: Arnero / Wikimedia)

“Em pequena escala, usam-se solventes e outras técnicas que funcionam bem nos experimentos. No entanto, quando se usa o maquinário existente na indústria transformadora de plástico, o grafeno se reaglomera e perde suas propriedades”, disse o coordenador do estudo, Guilhermino José Macêdo Fechine, pesquisador do Centro de Pesquisas Avançadas em Grafeno, Nanomateriais e Nanotecnologias (MackGraphe) da Universidade Presbiteriana Mackenzie, centro que tem apoio da FAPESP.

Um artigo, publicado na eXPRESS Polymer Letters, foi apresentado no 23º Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência de Materiais (CBECiMat), ocorrido entre os dias 4 e 8 de novembro em Foz do Iguaçu (PR).

Os resultados são novas técnicas para diminuir consideravelmente a aglomeração do grafeno quando inserido nos plásticos usando equipamentos de escala próxima da industrial. As aplicações para os nanocompósitos de plástico com grafeno vão desde equipamentos esportivos com melhor resistência a abrasão, filamentos para impressão 3D ou suportes (scaffolds) para cultura de células.

“O leque de aplicação é grande. O gargalo fica no processo de fabricação, quando nem tudo o que se faz em laboratório é compatível com a indústria transformadora de plástico”, disse Fechine.

Outro trabalho apresentado no congresso mostra os mecanismos de corrosão das chamadas ligas de alumínio de elevada resistência mecânica quando soldadas por fricção e mistura (FSW, na sigla em inglês).

“Na soldagem tradicional, geralmente é introduzido um material diferente, que fica em contato com as partes que estão sendo unidas e que cria uma diferença de comportamento daquela área em termos de corrosão”, disse Hercílio Gomes de Melo, professor da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EP-USP) e coordenador do estudo.

“Já na FSW, não se acrescenta mais um metal. O alumínio é aquecido próximo à sua temperatura de fusão pela fricção de uma ferramenta com geometria especial que gira e se desloca na região a ser soldada, impondo também uma intensa deformação mecânica, plasticizando-o. O metal amolecido gira em torno do pino da ferramenta e ao esfriar se solidifica, consolidando a junção. Isso faz com que se criem diferenças na microestrutura da área de junção, afetando a suscetibilidade à corrosão na região”, disse.

O estudo é parte de Projeto Temático apoiado pela FAPESP, coordenado por Isolda Costa, professora do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (Ipen).

Os resultados obtidos até agora mostram que a área da solda pode ser mais ou menos suscetível à corrosão dependendo do tipo de liga de alumínio que se usa. Em alguns casos, pode-se unir diferentes ligas com bons resultados. “Normalmente a área da junção é mais frágil, mas algumas ligas, ao se combinarem nessa parte, ficam até mais resistentes do que os materiais originais. Cada liga é um universo”, disse Melo.

A solda por fricção e mistura é usada em jatos de pequeno porte e pela agência espacial americana, a Nasa, em tanques de combustível de foguetes. No entanto, há muitos aspectos da corrosão que ainda precisam ser estudados e esclarecidos.

Sensor de gases tóxicos

Um outro campo de estudos contemplado durante o evento foram os materiais para utilização como sensores. Um dos trabalhos foi apresentado por Valmor Roberto Mastelaro, professor do Instituto de Física de São Carlos (IFSC) da USP.

Mastelaro coordena um dos poucos grupos no Brasil que trabalham no desenvolvimento de sensores de gases tóxicos e é membro do Centro de Pesquisa para o Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF), um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPIDs) financiados pela FAPESP.

“Há poucas empresas no mundo que fabricam esses sensores. Existe uma demanda para algumas indústrias que realizam processos químicos e físicos que podem gerar gases tóxicos. Além disso, há uma preocupação cada vez maior com gases do efeito estufa e outros que podem prejudicar a população das cidades”, disse Mastelaro. A pesquisa teve apoio da FAPESP.

Os óxidos metálicos nanoestruturados são atualmente os materiais que apresentam as melhores características para serem aplicados como sensores de gás portáteis e de baixo consumo energético. Os sensores atuais precisam ser aquecidos a altas temperaturas para fazerem uma detecção confiável. Isso aumenta consideravelmente o custo com energia.

“Além de sensores que não precisem de temperaturas tão altas, um dos fatores importantes é a seletividade. Existem muitos gases no ar que respiramos e é preciso que os sensores diferenciem com precisão o que interessa”, disse Mastelaro.

CBECiMat

Esta edição do evento, realizado a cada dois anos desde 1974, foi organizada por pesquisadores do Centro de Ciência e Tecnologia de Materiais (CCMAT) do Ipen.

“Nos últimos anos, o CBECiMat cresceu tanto que precisou ser dividido em cinco grandes áreas”, disse Lalgudi Ramanathan, pesquisador do CCMAT e organizador do evento.

Os coordenadores das áreas foram os professores do CCMAT Jesualdo Luiz Rossi (materiais metálicos), Eliana Navarro dos Santos Muccillo (materiais cerâmicos), Gerson Marinucci (materiais compósitos), Leonardo Gondim de Andrade e Silva (materiais poliméricos) e Nelson Batista de Lima (ensino de materiais).

Outras áreas de destaque foram as de nanomateriais e os biomateriais, usados por exemplo para levar medicamentos de forma mais eficiente ao organismo. “Muitos pesquisadores do Ipen, inclusive, têm trabalhado bastante nessa área de suportes (scaffold) para transporte de medicamentos”, disse Ramanathan.

Durante os três dias e meio de evento, foram realizadas seis sessões diárias em paralelo, além da apresentação de 300 pôsteres no total. O congresso teve apoio ainda do CNPq, Capes e da FAPESP, que deu suporte para a participação de 157 doutores.

“Quase metade dos participantes era de alunos, que sempre foram o foco do evento. Apesar de a maioria ser das regiões Sul e Sudeste, houve representantes de todos os estados do Brasil”, disse Muccillo.


Fonte: FAPESP

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