Cientistas desenvolvem novo processo para fabricação de nanomateriais a base de carbono

A Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) pediu, no mês de dezembro, o patenteamento de mais uma descoberta científica de pesquisadores da Instituição. Dessa vez é um processo ágil de fabricação de nanomateriais a base de carbono, como óxido de grafeno e óxido de grafeno reduzido, utilizando resíduos sólidos gerados das indústrias têxteis e de plásticos, por exemplo, como principal fonte de matéria prima.

José Heriberto Oliveira do Nascimento e Rivaldo Leonn Bezerra Cabral, dupla de inventores envolvida, explicam que a aplicação da nova tecnologia promove uma rota mais rápida e barata de produzir materiais alternativos ao grafeno puro, como o óxido de grafeno (OG) e óxido de grafeno reduzido (OGR), a partir de biomassa residual sólido de fibras, fios, tecidos ou malhas a base de lignina e celulose da indústria têxtil. O grafeno é considerado o sucessor do silício na área eletrônica.

Com alta área superficial específica, estabilidade química, excelente condutividade elétrica e térmica e a sua alta capacidade de resistência mecânica, o grafeno apresenta-se como um material propício para vastas aplicações tecnológicas, com um potencial que pode ser ampliado com a sua funcionalização, o que o torna precursor para a síntese de novos materiais. Um dos métodos mais comuns de obtenção do grafeno é pela redução das nanofolhas de óxido de grafeno, removendo seus grupos de oxigênio e recuperando a estrutura para formar um grafeno reduzido.

Essa mudança leva ao óxido de grafeno reduzido, uma substância com propriedades análogas tanto ao grafeno como ao óxido de grafeno, tais como, condutividade elétrica e térmica e excelente transparência. “Tanto OG quanto o OGR podem ser utilizados como material de partida para vários dispositivos eletrônicos, como na construção de transistores para sensores químicos e biossensores. Também servem para fins relacionados à energia como fontes para baterias, células solares, células de combustível e supercapacitores. Além do mais, podem ser aplicados na biomedicina, especificamente em sistemas de entrega de fármacos para drogas que combatem células cancerígenas, entre outras aplicações na construção civil, automobilística”, relata Heriberto do Nascimento.

Tecnicamente, o óxido de grafeno e o óxido de grafeno reduzido são nanomateriais cujo tamanho corresponde a um bilionésimo de metro, semelhantes a uma “folha” em escala nanométrica. Além disso, são caracterizados por serem compostos de átomos de carbono estruturalmente distribuídos em uma rede hexagonal, análoga a um favo de mel. Rivaldo Leonn destaca que um relevante aspecto quando se trata de produtos à base de nanomateriais está atrelado justamente ao custo de produção.

O doutorando explica que isso ocorre porque a maioria das técnicas de produzir grafeno altamente ordenada exige maquinários sofisticados caros e que propiciam baixo rendimento, tornando-se ineficientes em larga escala. Além do mais, outros fatores, como consumo excessivo de energia, longos períodos de síntese, lavagem e filtragem, que demandam tempo, precursores e agentes oxidantes, encarecem o processo. Em contrapartida, ele destaca que o dispositivo criado pela dupla, por constituir-se de um mecanismo de síntese rápido, que dispensa o uso de reagentes caros e utiliza equipamentos simples, promove a fabricação de materiais derivados de grafeno de forma mais barata.

“Além do mais, a reutilização de resíduos sólidos da indústria como precursor para síntese de nanomateriais tem impacto ambiental extremamente positivo, já que a solução proposta cessa as emissões de gás carbônico causadas pela incineração e também pelo descarte e acúmulo em aterros sanitários, os lixões, que resulta na preservação do ecossistema, uma pauta importante que atende uma demanda das empresas para se desenvolverem de forma sustentável, conforme metas da agenda 2030 da ONU”, lista.

De patentes à NanoUp

O dispositivo patenteado é vinculado ao Grupo de Pesquisa de Inovação em Micro e Nanotecnologia (GPIMN), bem como ao Programa da Pós-graduação em Engenharia Química (PPGEQ) e ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Têxtil (PPgET). Heriberto fala que o primeiro protótipo da tecnologia foi construído durante o primeiro ano da pandemia, quando a dupla estudou a possibilidade de obter os nanomateriais por meio de upcycling, termo que trata de dar um novo uso a materiais que seriam levados ao lixo. Ainda sobre o caminho da pesquisa, o professor acrescenta que, logo em seguida, foram realizados os principais ensaios de caracterização que comprovam a obtenção de nanofolhas de GO e OGR a partir de resíduos orgânicos.

“O passo seguinte do desenvolvimento da tecnologia foi focar na pré-incubação e estudar os custos relacionados ao rendimento de nanomaterial obtido a partir de uma maior quantidade de resíduo sólido proveniente da indústria para, posteriormente, precificar e implementar junto ao mercado. Pensando nisso, estamos em processo de pré-incubação na InPACTA, aqui no Centro de Tecnologia”, conta Heriberto ao falar da NanoUp, empresa formada pelos dois inventores que pretende atuar na produção de nanomateriais via upcycling para aplicação na indústria 4.0.

Ele acrescenta que essa patente é fruto de outras abordagens que ele e Rivaldo Leonn, atualmente também aluno de doutorado do PPGEQ, possuem em parceria de longa data, em pesquisas relacionados a síntese, obtenção e aplicação de nanomateriais, especificamente, em nanoestruturas 2D carbonácea, como grafeno, óxido de grafeno, óxido de grafeno reduzido e pontos quânticos de grafeno.

Ambos concordam que a principal relevância do patenteamento é a segurança jurídica que o processo permite em sermos proprietários da tecnologia, pois viabiliza qualquer meio legal de gerar receita com esse documento. “Além disso, é mais uma demonstração cabal de que os esforços de otimizar, melhorar e amplificar a ciência não permanecem somente na academia, mas sim ultrapassam as barreiras da universidade como um meio de alcançar a indústria e a sociedade”, conclui Rivaldo.

Fonte: Agecom/UFRN