MADRID 3 mar. (EUROPA PRESS) -
Pesquisadores suecos relatam uma alternativa ecologicamente correta para reduzir a dependência da mineração de grafite, a fonte de matéria-prima por trás do cobiçado grafeno.
Em artigo publicado na revista Small, os pesquisadores do KTH Royal Institute of Technology afirmam que desenvolveram um método reproduzível e em escala para a produção de nanofolhas de óxido de grafeno (GO) a partir de fibras de carbono comerciais, marcando um avanço na síntese de nanomateriais sustentáveis.
O processo envolve a esfoliação de fibras de carbono com ácido nítrico, o que proporciona altos rendimentos de folhas de óxido de grafeno de um átomo de espessura com características comparáveis ao GO comercial obtido a partir de grafite extraído de minas.
O óxido de grafeno é um nanomaterial amplamente estudado que pode ser usado em baterias automotivas quando seus filmes finos são empilhados, formando camadas semelhantes a grafite. Ele também é útil em compostos de alto desempenho, purificação de água e dispositivos eletrônicos. No entanto, a síntese a partir do grafite extraído requer produtos químicos agressivos e, muitas vezes, resulta em inconsistências no material devido a variações na pureza do grafite.
Richard Olsson, professor de materiais poliméricos da KTH, diz que a prova de conceito foi realizada com fibras de carbono derivadas de poliacrilonitrila (PAN), um polímero amplamente disponível que sofre oxidação e grafitização em alta temperatura. Ele diz que o método poderia ser duplicado com outras fontes de matéria-prima, como biomassa ou fluxos de subprodutos do setor florestal.
BATERIAS DE CARROS ELÉTRICOS
Olsson aponta o mercado de baterias de veículos elétricos como aquele que pode se beneficiar da nova tecnologia. "A funcionalidade central da bateria de grafite pode ser encontrada nas camadas internas de grafeno, que podem ser extraídas de fibras de carbono comerciais usando esse método", diz ele. "O futuro da fabricação de automóveis será baseado em energia de bateria, e a questão é: de onde você vai tirar o grafite? Eles precisarão de alternativas.
O método envolve a transformação das fibras de carbono por meio do processo de oxidação eletroquímica em um banho de água e ácido nítrico.
O banho funciona como um condutor e, quando uma corrente elétrica é enviada através da fibra de carbono, o material começa a perder elétrons, o que transforma a superfície da mesma forma que a oxidação aparece como ferrugem em um carro. Nesse caso, a transformação faz com que camadas de óxido de grafeno em escala nanométrica se desprendam da superfície das fibras de carbono.
O estudo descobriu uma janela na qual apenas 5% de ácido nítrico era perfeito para criar essas minúsculas nanofolhas, que variam de 0,1 a 1 micrômetro de tamanho, com uma espessura uniforme de cerca de 0,9 nanômetro. Notavelmente, as nanofolhas de GO sintetizadas dessa forma surgiram em formas circulares e elípticas, em contraste com as formas poligonais típicas do GO sintetizado a partir de grafite natural extraído.
Em comparação com os métodos sintéticos existentes, a nova abordagem oferece um alto rendimento de 200 miligramas de GO por grama de fibra de carbono. Essa taxa de conversão eficiente torna viável a produção em larga escala, abordando um desafio importante na síntese de nanomateriais, diz ele.
Para garantir que as nanocamadas atendessem aos padrões de qualidade, os pesquisadores examinaram e mediram as propriedades e a estrutura do material com várias técnicas avançadas.
O estudo também explorou métodos para remover revestimentos de polímeros protetores de fibras de carbono comerciais antes da oxidação, aquecendo a 580°C por duas horas e aquecendo a 1200°C por três segundos, ambos os métodos se mostraram eficazes. A pesquisa mostrou que a natureza da condução elétrica dentro das fibras desempenha um papel fundamental no processo de esfoliação eletroquímica.
Olsson diz que as próximas etapas dos pesquisadores incluem a investigação de fontes de base biológica para as fibras de carbono, aprofundando-se no funcionamento do processo.
Esta notícia foi traduzida por um tradutor automático