segunda-feira, 24 de junho de 2024

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Tecnologia a laser abre caminhos para o grafeno verde

Tags: embrapa, grafeno verde, grafite, nanocristais de celulose

Leve, flexível, excelente condutor de calor e eletricidade, quase transparente e cerca de 200 vezes mais forte que o aço, o grafeno é considerado um material capaz de provocar uma revolução tecnológica na indústria de eletrônicos. Entre os desafios para o seu desenvolvimento e aplicações está a sua produção a partir de fontes renováveis. Isso pode ser obtido por meio da tecnologia de grafeno verde induzido por laser (gLIG), a qual foi foco de estudo publicado na revista Applied Physics Reviews, assinado por cientistas brasileiros e portugueses.

Essa tecnologia abre caminhos para a fabricação de dispositivos simples, sustentáveis e de baixo custo, baseados em fontes de carbono abundantes e renováveis como madeira, folhas, cortiça, cascas e celulose. Com isso, ela deve contribuir para a redução do lixo eletrônico, também conhecido como resíduo computacional, e-lixo ou e-waste, na sigla em inglês. Esses termos são usados para designar dispositivos que funcionam através de energia elétrica, pilhas ou baterias.

“O grafeno induzido por laser (LIG) abre a possibilidade para a produção simples, econômica e escalável de componentes tecnológicos”, conta o engenheiro de materiais, Pedro Ivo Cunha Claro, um dos autores do artigo escrito durante a sua pós-graduação pela Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) e pela Universidade Nova de Lisboa (UNL). O pesquisador lembra que os últimos anos testemunharam pesquisas cada vez mais extensas em torno do gLIG para integração em várias aplicações eletrônicas, como supercapacitores, sensores, eletrocatalisadores e nanogeradores triboelétricos.

“As técnicas de processamento assistidas por laser surgiram como ferramentas poderosas para uma infinidade de aplicações, desde o processamento de materiais até a fabricação de dispositivos”, diz Claro, atualmente analista de Desenvolvimento Tecnológico no Centro Nacional de Pesquisas em Energia e Materiais (CNPEM), em Campinas (SP).

Segundo ele, vários sistemas baseados em gLIG para armazenamento de energia, eletrocatálise, tratamento de água e sensores têm sido relatados na literatura. Além disso, o gLIG foi proposto para formulação de tinta ou incorporação em matrizes de polímeros, para expandir ainda mais seu uso para substratos não baseados em carbono ou aplicações para as quais o LIG original não pode ser usado diretamente.

“Suas propriedades mecânicas e físico-químicas, como alta capacidade de resistência mecânica e condutividade elétrica, o tornam um material com potencial de aplicabilidade tecnológica enorme em diversas áreas”, afirma o engenheiro.

Menos e-lixo

O gLIG pode provocar uma revolução na forma em que os circuitos integrados e componentes eletrônicos são produzidos. Com isso, essa tecnologia será capaz de reduzir o lixo eletrônico, que causa danos tanto ao meio ambiente como para a saúde por conter aditivos tóxicos ou substâncias perigosas como o mercúrio. O próprio processo de obtenção do gLIG é mais limpo, pois não utiliza reagentes tóxicos e nem métodos tradicionais.

Em 2019, o e-lixo chegou ao recorde de 53,6 milhões de toneladas métricas mundialmente, um aumento de 21% em cinco anos, de acordo com a terceira edição do Global E-waste Monitor 2020 das Organizações das Nações Unidas (ONU). O Brasil lidera a geração de lixo eletrônico com 2.141 toneladas entre as nações de língua portuguesa.

Além de Pedro Claro, assinam o artigo os pesquisadores da Embrapa Instrumentação (SP) Luiz Henrique Capparelli Mattoso e José Manoel Marconcini, e a professora da Universidade Nova de Lisboa (UNL), Elvira Maria Fortunato, atual ministra de Ciência, Tecnologia e Ensino Superior de Portugal (veja a lista completa de autores no fim da matéria).

Mattoso, que orientou Claro no Laboratório Nacional de Nanotecnologia para o Agronegócio (LNNA) da Embrapa em São Carlos (SP), afirma que as recentes descobertas abrem caminho para a preparação de eletrônica verde escalável e de baixo custo. “É possível aplicar gLIG em diversos substratos, visando ao surgimento de materiais eletrônicos vestíveis e comestíveis. O gLIG pode ser extraído de resíduos de madeira, folhas, cortiça e carvão, e de outras fontes naturais, permitindo o desenvolvimento de plataformas flexíveis e sustentáveis como alternativa às tecnologias convencionais”, declara o pesquisador, especialista em nanotecnologia.

“Pudemos usar a tecnologia LIG para desenhar circuitos à base de grafeno, por conversão das cadeias de carbono associadas a qualquer biopolímero ou material celulósico, o que se traduz em melhoria enorme dos recursos necessários para desenvolver uma bioeletrônica sustentável e que contribua para o bem-estar e conforto dos cidadãos”, relata o coordenador do Centro de Investigação de Materiais da UNL (Cenimat), Rodrigo Martins, que também assina o estudo.

O que é grafeno e gLIG

Material mais fino do mundo, o grafeno é produzido a partir do grafite, e é um cristal bidimensional formado por ligações entre átomos de carbono, organizados em estruturas hexagonais similares a um favo de mel.

Já o gLIG é um material emergente e altamente sustentável, obtido pela técnica chamada de escrita direta a laser (LDW, na sigla em inglês) — de fabricação tridimensional (3D) a partir de substratos naturais que oferecem versatilidade geométrica significativa que chega a escalas de comprimento micrométricos.

Essa nova tecnologia é desenvolvida à temperatura ambiente, sem nenhum tipo de reagente, enquanto que o grafeno convencional é produzido a altas temperaturas, em torno dos mil graus centígrados, utilizando equipamentos muito caros e bastante complexos. A eliminação de tratamentos químicos garante uma alta eficiência de conversão, minimizando o tempo e o consumo de energia no processo de gravação.

A escrita direta a laser (LDW), como é conhecida, é um método de abordagem sem máscara, sem catalisador, não tóxico, controlável e sem contato, permitindo o processamento rápido, direto e eficiente de estruturas complexas. Essa técnica se assemelha a um tipo de gravura baseada em reações fototérmicas, transformando a superfície gravada em um material de interesse tecnológico.

Fonte: Embrapa

 

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