Treze vezes mais leve que o ar, 200 vezes mais resistente que o aço, com maior capacidade de condutividade termoelétrica do que o cobre, impermeável, transparente e, por ser bidimensional (em formato de folha), bastante flexível. Essas são as principais propriedades do grafeno, que já é tido como o material do futuro. Ou melhor, nanomaterial, uma vez que seu tamanho é um milhão de vezes menor que um fio de cabelo.
A nanopelícula foi descoberta no final de 2004 pelos pesquisadores Andre Geim e Konstantin Novoselov, da Universidade de Manchester, na Inglaterra, e de uma maneira bastante simples. Com a ajuda de uma fita adesiva, do tipo durex, colada a uma lâmina de grafite de lápis, eles obtiveram uma fina camada do novo material.
“A partir dessa técnica de esfoliar o grafite, os pesquisadores de Manchester constataram o que todo mundo já imaginava que existia. Só ainda não se sabia como chegar a esse resultado. Não foi à toa que seis anos depois da descoberta, eles ganharam o Nobel de Física”, explica o professor Guilherme Frederico B. Lenz e Silva, do Departamento de Metalurgia e Materiais da Escola Politécnica (Poli) da Universidade de São Paulo (USP), pesquisador de nanomateriais de carbono em geral.
Foto: Beatriz Arruda
Da esquerda para a direita, Adonias da Silveira e Thoroh de Souza, do MackGraphe.
Assim como o diamante, o grafeno é formado somente por átomos de carbono, porém, arranjados em células hexagonais, semelhante a uma colmeia. Segundo Lenz e Silva, existem diversas formas de se extrair o grafeno. Uma delas é diretamente do mineral (grafita), de onde se obtém o grafite. Em seguida, este último passa por um processo de oxidação química intensa formando o óxido de grafite. Depois, este sofre um processo de redução e tratamento térmico, produzindo o óxido de grafite reduzido. No final, quando o material atinge a dimensão de uma única camada atômica de espessura, ele passa a ser chamado de grafeno.
Há também outros dois métodos de produção, como a esfoliação mecânica assistida com reagentes químicos e a síntese por CVD (deposição química via vapor, na sigla em inglês). “Além da via natural, a partir da grafita, você obtém grafeno crescendo artificialmente em um forno CVD. Depois, ainda é possível misturá-lo com outros materiais e melhorá-los”, explica Eunézio Antônio Thoroh de Souza, coordenador do MackGraphe, primeiro Centro de Pesquisas Avançadas em Grafeno da América Latina.
Para obter o grafeno artificialmente, são colocadas lâminas de cobre dentro de um forno em altas temperatura, juntamente com gases, como metano (CH4). O processo transporta somente os átomos de carbono para a superfície das folhas de cobre. Na sequência, estas, com auxílio de uma solução com amônia, são corroídas expondo as folhas de grafeno.
Centro de pesquisa
Inaugurado em 2016, o MackGraphe foi construído pelo Instituto Presbiteriano Mackenzie (IPM), juntamente com sua universidade e apoio financeiro das instituições Fapesp, CNPq, BNDES e Finep. Para reunir toda a pesquisa que já existia no campus em um único local, foram investidos R$ 100 milhões nos últimos dois anos.
São nove pavimentos com laboratórios e equipamentos de ponta, onde atualmente 15 pesquisadores desenvolvem projetos em três linhas: fotônica (ciência da geração, controle e detecção de fótons, que formam a luz) – como a contaminação da fibra óptica com o grafeno, aumentando a velocidade da transmissão de informações em cerca de 100 vezes; energia – como desenvolvimento de dispositivos leves, flexíveis e portáteis, substituindo o silício, ou baterias que podem ser carregadas em poucos segundos; e compósitos (materiais formados pela união de outros) – como tintas e revestimentos condutivos e anticorrosivas para automóveis,material têxtil como o desenvolvimento de fibra de algodão com condutibilidade e resistência maior.
O centro de pesquisa conta também com uma sala limpa “Classe 1.000”, com 200m2 onde há um controle de partículas, temperatura e umidade para a realização dos experimentos.
Além de exercer influência no campo da engenharia aplicada e da inovação tecnológica, o lugar pretende ser uma ponte entre pesquisa e indústria. “Aqui temos uma visão de engenharia. Ou seja, fazer uma pesquisa, desenvolver um produto, uma patente e transferir isso para o setor produtivo a partir da indústria. É uma janela de oportunidade fantástica para o País”, afirma Adonias Costa da Silveira, professor de Engenharia Elétrica e diretor do MackGraphe.
Estima-se que o Brasil possua uma das maiores reservas de grafita do mundo, localizada no sul da Bahia e, principalmente, em Minas Gerais, onde está sendo construída a primeira fábrica brasileira, a MG-Grafeno, iniciativa dos governos do Estado e Federal, em parceria com a Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). No mundo, já há produção em escala industrial por países como Inglaterra, Coreia do Sul, Espanha, Estados Unidos e Índia.
Todos os especialistas ouvidos concordam que nos próximos 20 anos o grafeno estará presente em diversas tecnologias. O único impedimento para que o nanomaterial chegue com maior rapidez ao mercado é o preço: US$ 150 o grama, bem superior ao ouro, cuja cotação tem girado em torno de R$ 130,00.
Por Deborah Moreira
Matéria publicada no jornal Engenheiro, da FNE, Edição 181, de junho de 2017
