Primeiro ímã não metálico é inventado

Pesquisadores do instituto Regional Centre of Advanced Technologies and Materials (RCPTM) da Universidade Palacky na República Tcheca criaram algo sem precedentes da ciência: ímãs sem metais na sua composição.

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Aluna de materiais do IME vence competição global “Desafio do Grafeno”

Essa notícia foi publicada originalmente por: Sandvik: Anunciada a vencedora da competição global “Desafio do Grafeno”.

A Sandvik Coromant tem o prazer de anunciar a vencedora do Desafio do Grafeno. A competição, que foi realizada de abril a maio de 2016, convidou pessoas de todo o mundo a apresentar ideias de inovações sustentáveis feita com grafeno e que pudessem revolucionar as casas modernas. 

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Nadia Ayad

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Dispositivos eletrônicos flexíveis a partir de nanotubos de carbono

Os dispositivos eletrônicos flexíveis vieram para revolucionar a tecnologia  e deixar os consumidores frenéticos, não é mesmo? Dispositivos com esta interessante característica são feitos através da substituição dos chips rígidos de silício por materiais flexíveis, tais como os nanotubos de carbono.

Os nanotubos de carbono são pertencentes à família dos fulerenos, que são formas alotrópicas do carbono (para saber mais sobre alotropia, clique aqui). Este material, como seu nome sugere, tem escala nanométrica e formato cilíndrico, apresentando a mais alta relação comprimento/diâmetro conhecida, que é próxima a 132.000.000. Os nanotubos têm uma parede composta por grafeno, podendo ser classificados como SWNT (single-walled nanotube) ou MWNT (multi-walled nanotube), como mostra a Figura 1. Os primeiros têm a parede composta por uma única folha de grafeno, enquanto os segundos são compostos por alguns tubos de grafeno concêntricos. Os nanotubos de carbono apresentam excelente condutividade térmica e propriedades mecânicas e elétricas elevadas, as quais são intrínsecas ao grafeno, como já mencionamos em outra publicação. Desse modo, esses filamentos ultrafinos têm resistência suficiente para suportar o desgaste e o dobramento, fenômenos a que os dispositivos flexíveis são comumente submetidos.

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Figura 1 – Nanotubos de carbono contendo a) uma parede de grafeno ou b) mais de um tubo de grafeno concêntrico. Adaptado de “Carbon Nanotube – Wikipedia”

Os SWNT são a classe de nanotubos utilizada para a fabricação de dispositivos eletrônicos flexíveis, considerando sua elevada mobilidade de portadores de carga, excelente flexibilidade e também sua facilidade em ser manufaturado por processos de custo não muito elevado, como por exemplo a impressão. No entanto, trabalhar com nanotubos é desafiador, considerando que estes materiais não são tão confiáveis quanto o silício no que diz respeito ao desempenho eletrônico, já que são menos tolerantes a oscilações de energia no circuito.  Além disso, consomem mais energia. Pensando nisso, pesquisadores da Universidade de Stanford estudaram uma maneira de melhorar as características eletrônicas dos nanotubos. Para isso, os pesquisadores doparam os filamentos de carbono com um aditivo denominado DMBI (dimetil-dihidro-benzimidazol) em locais específicos ao longo do circuito. Com isso, os cientistas conseguiram aumentar o efeito tipo N em nanotubos, que são semicondutores predominantemente de tipo P, e assim melhorar a eficiência energética e confiabilidade desses materiais para a aplicação. A Figura 2 mostra o circuito flexível desenvolvido pela equipe de Stanford.

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Figura 2 -Circuito flexível contendo nanotubos de carbono. Fonte: Bao Lab / Stanford Engineering

Ainda que plásticos como poliimida, poliéster condutor ou poli(éter-éter-cetona) sejam no período atual os principais materiais comercialmente utilizados para a fabricação de eletrônicos flexíveis, Bao, da equipe de Stanford, afirma que “os nanotubos oferecem os melhores atributos físicos e eletrônicos a longo prazo”. Assim, o pesquisador acredita que os SWNT venham a ser o futuro da eletrônica flexível, uma vez que têm melhor desempenho do que os plásticos.

Referências:

WANG, H. et al. Tuning the threshold voltage of carbon nanotube transistors by n-type molecular doping for robust and flexible complementary circuits. Proceedings of the National Academy of Sciences, v. 111, n. 13, p. 4776-4781, 2014;

Stanford engineers make flexible carbon nanotube circuits more reliable and efficient;

Carbon Nanotube.

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#1 Conversa com engenheiro: Guilhermino Fechine (Mackgraphe)

Hoje é o primeiro dia de uma série que veio para ficar! Toda terceira terça-feira do mês publicaremos uma entrevista com importantes nomes da Engenharia de Materiais. Nesse mês conversamos com um grande professor e pesquisador na área de grafeno do Brasil, o Guilhermino Fechine.
Biografia: Guilhermino José Macêdo Fechine possui graduação em Engenharia de Materiais pela Universidade Federal da Paraíba (1996), mestrado em Engenharia Química pela Universidade Federal da Paraíba (1998) e Doutorado em Química pela Universidade Federal de Pernambuco (2001). Dois estágios de pós-doutoramento foram realizados na USP, um deles no Instituto de Química (2002 a 2005) e o outro na Escola Politécnica (2005 a 2007). Professor visitante da National University of Singapore – NUS durante todo o ano de 2013. Desde de 2008 é professor e pesquisador da Universidade Presbiteriana Mackenzie, graduação e pós-graduação. Tem experiência na área de Polímeros, atuando principalmente nos seguintes temas: caracterização, degradação, estabilização, biodegradação e interações polímero-materiais 2D (grafeno, MoS2, hBN, fosforeno, etc). Faz parte da equipe do Centro de Pesquisa Avançadas em Grafeno e Nanomateriais, Mackgraphe.
guilhermino

1. Por que o grafeno é o material do século?

O grafeno é um material que já havia sido previsto sua existência há muitos anos atrás. Contudo, sua forma “livre” era dita termodinamicamente instável. Em 2004 os físicos russos Andre K. Geim e Kostya S. Novoselov conseguiram isolar o grafeno a partir de esfoliação micromecânica do grafite. Após ter sido isolado, foram feitas medidas e muitas propriedades avaliadas se tornaram superlativas, como por exemplo, material altamente condutor de eletricidade mesmo a temperatura ambiente; elevadíssimo Módulo de Elasticidade, impermeabilidade, e principalmente, área superficial em torno de 2700m2/g. Essa elevada área superficial unida a propriedades singulares, transformam-no num dos materiais mais interessantes do século.

2. Qual seria a aplicação mais importante e promissora desse material?

As aplicações no campo da eletro-eletrônica, foram as mais indicadas logo após a “descoberta” (melhor dizer, isolamento) do grafeno. Devido, principalmente, a sua elevada condutividade elétrica e possibilidade de geração de dispositivos eletrônicos flexíveis, como os touchscreen. Contudo, área de supercapacitores, baterias, células solares e materiais compósitos são as áreas de maior demanda mundial para o grafeno para os próximos 10 anos.

3. Qual o principal desafio na produção do grafeno hoje?

O grafeno pode ser obtido por várias rotas, como por exemplo: esfoliação líquida do grafite, esfoliação química do grafite, método mecanoquímico, deposição química a vapor (CVD), entre outras. Contudo, é a produção em larga escala, que ainda demanda muitas pesquisas e pouco a pouco estão conseguindo avançar nesse sentido.

4. Você acha que hoje com o Mackgraphe o Brasil possui uma tecnologia na área do grafeno equivalente a outros países?

A criação do Mackgraphe (Centro de Pesquisa em Grafeno e Nanomateriais) da Universidade Presbiteriana Mackenzie – UPM é um marco no avanço da tecnologia em produção, caracterização, transferência e construção de dispositivos na área de grafeno e outros nanomateriais. O investimento inicial da Universidade (U$ 20.000.000,00) foi direcionado na construção de um prédio de 9 andares que estão dispostos laboratórios na área de Fotônica, Energia e Materiais Compósitos. Esse investimento uniu-se a um projeto Mackenzie-Universidade de Cingapura-Fundação de Apoio à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), onde a FAPESP aprovou cerca de 5 milhões de dólares para compra de equipamentos. Visto todo esse investimento, aliado aos dois Programa de Pós-Graduação (mestrado/Doutorado) em Engenharia Elétrica e Engenharia de Materiais & Nanotecnologia da UPM, pode-se dizer tranquilamente que o Makgraphe se tornará um centro de excelência em grafeno no mesmo nível de outros centros espalhados pelo mundo em um curto espaço de tempo. A inauguração do Centro ocorrerá no dia 2 de março de 2016, com a presença do prêmio Nobel Andre K. Geim.

5. Você crê que o Brasil terá tecnologia suficiente para produzir comercialmente o grafeno?

Com certeza, visto que hoje temos no Brasil (no meu caso posso falar em nome do Mackgraphe) pesquisadores capacitados para produção de grafeno nas diferentes rotas citadas anteriormente. No caso do Brasil isso fica facilitado pois temos as maiores jazidas de grafite do Mundo.

6. O que lhe motivou a trabalhar na área de Engenharia de Materiais?

Essa é uma pergunta bastante interessante para mim. Quando ainda no Colegial, minha escola fazia visitas a Universidade. No meu caso, visitei a Universidade Federal da Paraíba, Campus Campina Grande. Conhecemos diversos laboratórios, dentre eles entramos nos laboratórios de Engenharia de Materiais. A atmosfera no laboratório exalava diversos conceitos da Engenharia de Materiais que na época nem conhecia, mas mesmo assim, de maneira intuitiva me levou a paixão à primeira vista pelo curso. Lá vi “coisas” na área de seleção de materiais, ou seja, a escolha correta de um material para determinada aplicação; também vi a parte de processamento de materiais, ensaios de materiais, caracterização de materiais, dentre outros tópicos. O ambiente me aguçou a curiosidade para entender o que estava por trás disso tudo. Se você me perguntar se pudesse voltar no tempo e escolher um novo curso para me graduar, escolheria Engenharia de Materiais. A única diferença que agora faria o curso com muito mais cuidado e dedicação a disciplinas que naquela época não dava tanto valor. Tive que estudar muito após formado, pois existia algumas lacunas que não foram preenchidas no curso, tanto pela falta de dedicação que não tive em algumas disciplinas como também pela constante atualização que deve ser feita pelos profissionais dessa área.
Gostaríamos de agradecer ao Guilhermino por ter aceitado nosso convite e ter compartilhado seu conhecimento e suas experiências com todos nós.
Ficou com vontade de saber mais sobre o grafeno? Também já falamos sobre este material aqui no blog, você pode conferir o post aqui.
O que acharam deste novo quadro do blog? Podem enviar comentários e sugestões aqui no blog ou em nossa página do facebook.
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Por onde anda o grafeno

A primeira vez que o grafeno foi produzido foi em 2003 pelos cientistas Andre Geim e Konstantin Novoselov na University of Manchester na Inglaterra. Desde lá várias reportagens saíram nomeando-o como um dos materiais mais promissores, como o material do século e prometendo grandes mudanças no nosso cenário tecnológico mundial. Dessa maneira eles ganharam o prêmio Nobel de Física do ano de 2010 pelos os seus estudos inovadores com grafeno. E depois de todo esse tempo, por onde andam as pesquisas?

Bom, primeiro é muito importante entender porque esse material possui tanto investimento em pesquisas relacionadas: Umas das incríveis propriedades dele é que ele é aproximadamente 200 vezes mais forte que o aço, além de poder suportar 50000 vezes o seu próprio peso, ou seja, o material mais resistente à tração já testado. Além disso ele possui uma densidade muito baixa comparado aos metais e volta a sua forma original após ser comprimido em até 80%. Ainda mais, as suas propriedades eletrônicas superam as do silício, pois ele é um semi-condutor com um GAP nulo, além de ter uma resistividade menor do que a prata, é duas vezes mais condutor térmico que o grafite pirolítico e por fim possui propriedades ópticas únicas! Isso se deve ao fato que ele possui uma estrutura hexagonal de distribuição dos seus átomos individuais, que irá gerar uma folha plana que pode ser transformada em nanotubos de carbono ao serem enroladas.

 images Esquema da estrutura do grafeno. Fonte

Se ele é um material tão bom assim, por que ainda não é comum vermos produtos feitos de grafeno?

O principal desafio hoje nas pesquisas é produzi-lo em quantidades comerciáveis e manter todas essas propriedades descritas anteriormente durante o processo. Essa grande dificuldade de fabricação tem origem no fato que a folha do material tem a espessura muito pequena, que atualmente só é produzida em laboratório. Algumas das pesquisas que envolvem o processo de fabricação consistem em deposição química em fase vapor (CDV), freeze casting, plasma e esfoliação. Essa última consiste em menores custos, ou seja, é a que está mais perto de se transformar em uma produção de grande escala.

No vídeo abaixo a Physics World entrevistou o centro de estudos na University of Manchester. Nele é explicado um dos processos manuais que pode-se obte-lo, é citada algumas de suas propriedades e também uma das possíveis aplicações, como dispositivos flexíveis, chips para computadores e em baterias.

Uma das únicas instituições de ensino que estudam o grafeno no Brasil é a Mackenzie, que possui seu centro de pesquisa sobre grafeno e nanomateriais, o Mackgraphe, criado em 2013. O principal objetivo deles é executar a síntese do material através dos processos mencionados anteriormente, esfoliação e CDV.

Você pode ler mais em:

Graphene’s Promisses Persists

Fabrication Methods

Scientific American

Conheça o grafeno – Tecmundo

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