Cientistas do KTH Royal Institute of Technology anunciaram um avanço promissor na produção sustentável de nanofolhas de óxido de grafeno (GO), um material revolucionário para aplicações em baterias, compósitos e dispositivos eletrônicos. O estudo, publicado na revista científica Small, revela um método escalável e eficiente para sintetizar GO a partir de fibras de carbono comerciais, reduzindo a dependência da mineração de grafite.
O processo inovador utiliza oxidação eletroquímica com ácido nítrico, permitindo a esfoliação das fibras de carbono e a obtenção de folhas ultrafinas de óxido de grafeno, comparáveis às obtidas a partir do grafite extraído. A técnica tem como principais características, a capacidade de minimizar o impacto ambiental, e oferecer maior controle sobre a qualidade do material produzido.
O óxido de grafeno vem ganhando destaque na ciência dos materiais devido à sua capacidade de formar camadas ultrafinas, semelhantes ao grafite, e por seu vasto leque de aplicações, desde armazenamento de energia até filtragem de água. No entanto, a síntese convencional do GO depende de grafite natural, cuja extração exige produtos químicos agressivos e resulta em variações de pureza.
Para contornar esse problema, os pesquisadores do KTH exploraram fibras de carbono derivadas de poliacrilonitrila (PAN), um polímero amplamente utilizado na indústria. Esse material passa por processos de oxidação e grafitização em alta temperatura, tornando-se uma fonte alternativa viável para a produção de óxido de grafeno.
O professor Richard Olsson, especialista em materiais poliméricos no KTH, destaca que a inovação pode ter grande impacto na indústria de baterias para veículos elétricos. “O núcleo da funcionalidade da bateria de grafite pode ser encontrado no grafeno em camadas dentro, que pode ser colhido de fibras de carbono comerciais usando este método”, explica Olsson.
Com a crescente demanda por baterias de íons de lítio, a busca por alternativas sustentáveis ao grafite se tornou uma prioridade global. Olsson ressalta que a abordagem proposta pelo KTH pode ser aplicada a outros tipos de materiais, incluindo resíduos da indústria florestal e biomassa, ampliando ainda mais suas possibilidades.
A técnica desenvolvida envolve a oxidação eletroquímica das fibras de carbono em uma solução de ácido nítrico. Esse ambiente atua como condutor elétrico, promovendo a remoção de elétrons da fibra, um fenômeno similar ao da oxidação do ferro na presença de oxigênio.
À medida que o material é transformado, nanofolhas de óxido de grafeno se desprendem, apresentando espessura uniforme de aproximadamente 0,9 nanômetros e dimensões variando entre 0,1 a 1 micrômetro. Um dos aspectos mais interessantes da pesquisa foi a constatação de que as folhas produzidas possuem formatos circulares e elípticos, ao contrário das estruturas poligonais típicas do GO obtido por grafite minerado.
Comparado aos métodos convencionais, a nova abordagem apresentou um alto rendimento, gerando cerca de 200 miligramas de óxido de grafeno por grama de fibra de carbono. Essa taxa de conversão torna o processo altamente viável para produção em larga escala, resolvendo um dos principais desafios da síntese de nanomateriais.
Para garantir a qualidade do material obtido, os cientistas realizaram análises detalhadas utilizando técnicas avançadas de caracterização, confirmando a integridade estrutural e as propriedades desejáveis do GO.
Além disso, o estudo explorou maneiras de remover os revestimentos poliméricos das fibras de carbono comerciais, utilizando dois métodos eficazes: aquecimento a 580°C por duas horas e um aquecimento de choque a 1200°C por três segundos.
Diante dos resultados promissores, os pesquisadores agora buscam expandir a pesquisa para explorar fontes biológicas de fibras de carbono, analisando o funcionamento do processo em diferentes materiais. A proposta representa um avanço significativo rumo a uma produção mais limpa e sustentável de óxido de grafeno, reduzindo a dependência da mineração e favorecendo setores estratégicos como energia renovável e eletrônica de ponta.
Com a crescente necessidade de materiais avançados e sustentáveis, o desenvolvimento dessa tecnologia pode mudar o cenário da indústria de nanomateriais e consolidar novas cadeias de suprimento baseadas na economia circular.
O Brasil possui as maiores reservas de grafite do mundo, matéria-prima essencial para a obtenção do grafeno. Esse fator coloca o país em posição estratégica para se tornar um grande fornecedor global do material. Estados como Minas Gerais, Ceará e Paraná lideram os esforços para transformar o grafeno em um recurso-chave para a inovação tecnológica e a economia nacional.
Em 2020, o governo federal anunciou incentivos para a criação de centros de pesquisa e parques tecnológicos voltados ao grafeno, com foco na produção industrial em larga escala. Um dos principais projetos em andamento é o Centro de Desenvolvimento do Grafeno (CDG), localizado em Minas Gerais, que busca otimizar processos de produção e estimular parcerias com indústrias.
