Grafeno - O Material do Futuro - PDF

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GRAFENO
O MATERIAL DO FUTURO
ACADÊMICOS:
André Morais
Marcelo Henrique Pante
Disciplina: Materiais Mecânicos
Prof. Dr. Daniel Amoretti Goncalves
2022 2
Imagem do Grafeno em seu estado puro.
CARBONO
▪ Conhecido desde a Pré-História;
▪ Inicio dos estudos no Século XIX:
▪ Friedrich August Kekulé e Archibald Scott Couper;
▪ Presente em toda espécie VIVA;
▪ Presente em QUASE toda matéria orgânica;
Assume combinações moleculares como Dióxido
de Carbono (CO2) e Hidrocarbonetos, além de
compostos minerais como Grafita e Diamante;
▪ 4º elemento mais abundante no mundo;
Símbolo do carbono na Tabela Periódica
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CARBONO
▪ Não metal, com seis prótons, seis elétrons;
▪ Elemento tetravalente (realiza 4 ligações com 4 outros átomos);
▪ Ligações duplas e triplas, do tipo sigma ou pi;
Representação gráfica das ligações covalentes dos átomos de carbono
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CARBONO
▪ Possui 4 alótropos, sendo 2 naturais (Grafita e Diamante) e 2 sintéticos (Grafeno 
e Fulerenos)
Representação esquemática de diferentes alótropos de carbono: a) grafite; b) diamante; 
c) fulereno; d) nanotubo de carbono de parede simples; 
e) nanotubo de carbono de parede múltipla; f) grafeno
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CARBONO
Ilustração representando ciclo do carbono na natureza
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GRAFENO
▪ É um nanomaterial (10 -9 metro), uma forma alotrópica do carbono;
▪ É bidimensional de átomos de carbono (Largura e Altura);
▪ É o material mais fino do mundo;
▪ A espessura de uma folha de papel corresponde à sobreposição de
aproximadamente 3 milhões de camadas de grafeno.
Ilustração representando uma camada do Grafeno
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GRAFENO
▪ Teorizado primeiramente nos anos de 1930;
▪ Isolado pela primeira vez em 2004, (a temperatura ambiente na Universidade de
Manchester, Inglaterra), pelos físicos André Geim e Konstantin Novosiólov;
Imagem de Konstantin Novoselov, à direita, e Andre Geim
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GRAFENO
▪ Sua espessura e ligações químicas a nível atômico tornam o elemento
recordista em algumas propriedades físicas, como resistência mecânica,
condutividade térmica e elétrica.
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Ilustração representando as propriedades elétricas do grafeno
GRAFENO - Propriedades Mecânicas
▪ É o material mais resistente já conhecido;
▪ Suporta até 130 Giga Pascal (130×109 Pa), decorrente das fortes ligações 
químicas entre seus átomos de carbono 
(Aço por exemplo, suporta apenas um 
terço dessa pressão);
▪ Material bastante elástico, retornando
ao seu tamanho original com relativa 
facilidade (alto módulo de Young);
Ilustração representando a resistência do grafeno em espessura de filme plástico
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GRAFENO - Propriedades Mecânicas
Ilustração representando um átomo de carbono no 
hexágono formador da molécula de grafeno
▪ É formado por pequenas áreas em hexágono de cada carbono, responsáveis 
pela alta impermeabilidade;
▪ Sua alta impermeabilidade pode ser
usada como uma pequena rede,
capaz de segurar até mesmo gases
que vazam facilmente, como o gás
hidrogênio.
▪ É um material muito leve, com
densidade de 0,77 g/m2 (cerca de mil
vezes mais leve que uma folha de
papel.
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GRAFENO - Propriedades Elétricas
▪ Os elétrons propagam-se quase livremente no grafeno, sem sofrerem desvios ou colisões;
▪ Em virtude da estrutura hexagonal, os elétrons deslocam-se no interior dessas finas
camadas em velocidades relativísticas, próximas à velocidade da luz;
▪ Em temperatura ambiente, a resistividade elétrica do grafeno é mais baixa conhecida pela
humanidade, cerca de 10-6 Ω/m (ohm por metro), menor que a prata, o melhor condutor até
então conhecido;
Ilustração comparativa da liberdade de percurso de elétrons 
entre os semicondutores atuais e o grafeno
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GRAFENO
• Formado por uma camada de carbonos com altura de um único átomo e apesar disso, é
visível a olho nu;
GRAFENO - Propriedades Ópticas
Imagem folha de grafeno negro
▪ Ao amontoarem-se diversas folhas de grafeno, é possível produzir um corpo perfeitamente
negro, capaz de absorver quase toda radiação incidente sobre ele.
▪ Permite a passagem de 97% a 98% da luz incidente,
devido as propriedades relativísticas dos elétrons do
grafeno;
Imagem folha de grafeno Transparente
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GRAFENO
▪ É um Excelente condutor térmico;
▪ Capaz de dissipar calor mais rápido que qualquer outro conhecido;
▪ Estudos sugerem uma temperatura de fusão de 4125 K (cerca de 3851º C).
GRAFENO - Propriedades Térmicas
Ilustração representando o calor se propagando como ondas, por longas distâncias no grafeno.
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GRAFENO
▪ 1Kg de grafite = $1 Dólar*; 1 g de Grafeno = $100 dólares;*
▪ 1Kg de Grafite* = 150 g de Grafeno* = $15 mil dólares;*
▪ Uma folha de grafeno puro de 5,08 cm por 2,54 cm, cerca de 12,9 cm2, pode
custar até 275 dólares: 21 dólares por centímetro quadrado*.
GRAFENO - Qual é o preço do grafeno?
Imagem de Grafeno ao natural.
*Fonte: https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/grafeno.htm
20/06/2022
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https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/grafeno.htm
GRAFENOGRAFENO - Como é produzido?
▪ Produzido a partir do grafite;
▪ Originalmente por esfoliação mecânica com fita adesiva, forma eficiente para
obter material de alta qualidade para estudos científicos, mas não produz
grandes quantidades para demanda industrial;
▪ Posteriormente foram desenvolvidas outras formas entre elas, deposição
química em fase de vapor (CVD), Oxidação, esfoliação química em fase líquida
(LPE), a mais utilizada.
Esquema dos métodos de síntese do grafeno..
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GRAFENOGRAFENO - Como é produzido?
▪ No LPE, produtos mais pesados (como o grafite com um numero gigantesco de camadas
moleculares) ficam no fundo do reator, enquanto o grafeno (1 camada molecular) flutua para
o topo do reator. Repete-se o processo várias vezes para obter maior volume de grafeno.
Contudo osso gera mais gases e a necessidade de tratar esses resíduos, tornando o
processo mais caro.
A: (LPE) do grafite para a obtenção do grafeno; B: processo de obtenção de subprodutos do petróleo.
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GRAFENO
▪ Um dos materiais mais promissores conhecidos, limitando-se a capacidade atual de
produção;
▪ Células fotovoltaicas;
▪ Transistores mais eficientes; Supercapacitores;
▪ Dissipadores de calor;
GRAFENO - O que se pode fazer com ele?
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GRAFENO
▪ Novas redes de telecomunicações
ultrarrápidas;
▪ Câmaras de visão noturna, para fazer
fotografias e filmar vídeos sem luz
▪ Baterias mais duradouras (com eletrodos de grafeno, as baterias já podem durar dez vezes
mais do que as que utilizamos agora).
GRAFENO - O que se pode fazer com ele?
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GRAFENOGRAFENO - O que se pode fazer com ele?
▪ Discos rígidos, capazes de armazenar
1.000 vezes mais informação
(os semicondutores no que se baseiam
os processadores ultrarrápidos do
futuro substituto do silício);
▪ Ecrãs flexíveis (enroláveis e dobráveis que
servirão como base de vários dispositivos)
e extremamente finos que poderão integrar
sistemas como o de pagamento “contactless”;
▪ Recentemente, um aluno da University State of California submeteu
um disco de grafeno a uma carga elétrica por dois segundos,
mantendo acesso um LED por até 5 minutos.
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GRAFENOGRAFENO - O que se pode fazer com ele?
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GRAFENOGRAFENO - O que se pode fazer com ele?
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GRAFENOGRAFENO - O que se pode fazer com ele?
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GRAFENO
▪ Principais fábricas em Minas Gerais (Companhia de Desenvolvimento de Minas Gerais –
Codemge) e Rio Grande do Sul (UCSGraphene - TecnoUCS);
▪ Codemge – Está em Belo Horizonte – Início em 2018, capacidade de 300 kg por ano. Meta
é ultrapassar 1 Ton. ano. Além disso, com parcerias, desenvolver aplicações para o grafeno.
▪ UCSGraphene – Está em Caxias do Sul, início em 03/2020 e em 07/2021 foi oficialmente
inaugurada. É a maior fábrica da América Latina. Produz grafeno do tipo standart (pilha de
folhas) ou nanoflakes (entre 30 e 100 camadas) e nanoplaquetas (menos de 30 camadas).
Capacidade de 500 kg ano, podendo chegar a5 Ton. ano. Primeira parceria com a
Marcopolo.
GRAFENO - E o Brasil?
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BIBLIOGRAFIA
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➢ Artigo - Estudo de Propriedades Mecânicas do Grafeno por Primeiros Prncípios - Erik de Oliveira Martins - BH 2014
➢ Artigo - Estudo e aplicações da interface grafeno-água - Leonel Muniz Meireles - UFMG – 2020
➢ Artigo - Grafeno - Aplicações e Tendências Tecnológicas - Karla Acemano de Jesus - UFRJ 2012
➢ Artigo - Grafeno - Uma revisão sobre propriedades, mecanismos de produção - J.E.D. Vieira Segundo – 2015
➢ Artigo - Grafeno - O Material do Futuro - Lacerda, Leonardo Medeiros
➢ Artigo - Nanotubos e Grafeno - Os primos mais jovens da Família do Grafeno - Luiza M. Pastrama Martinez – 2013
➢ Artigo - Perspectivas e aplicações reais do grafeno após 16 anos de sua descoberta - Karla Corder-Solano – 2020
➢ Artigo - Processos de Obtenção de Grafeno - Alencar, Eduardo - Fundação Osvaldo Cruz – 2016
➢ Artigo - Produção De Grafeno Pelo Método De Esfoliação Química e Suas Potenciais Aplicações - A.C. Januario – 2014
➢ Artigo - Nanoestruturas de Carbono (Nanotubos, Grafeno) - Aldo J. G. Zarbin – 2013
➢ Grafeno - Inovações, Aplicações e sua Comercialização - Bianca Marion e Nasser Hasan – 2016
➢ Monografia - Grafeno - propriedades e aplicações - Diego Moreira Souza – 2019
➢ Monografia - Grafeno e a sua produção a Partir da Grafita Natural - Leonardo Henrique Paiva Mendonça – 2018
➢ Panorama Tecnológico - Grafeno - Felipe Belluci - RJ 2021
➢ Revista Pesquisa e Ação - Grafeno - Erick Velasco Rebello - Maio de 2018
➢ TCC - A moagem e a produção de derivados de grafite a partir de elétrodos - Cristiano da Cruz Azevedo - Coimbra, Julho, 2016
➢ TCC - Grafeno - características, propriedades e aplicações - Rangel Cardoso Caetano – 2017
➢ TCC - Uma visão geral sobre o Grafeno - Wemerson de Oliveira Leandro - Angra dos Reis 2017
➢ Tese - Síntese e caracterização de grafeno oxidado e nanofitas de carbono - Bianca Azucena Gómez Rodriguez – 2015
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2022 27
2022 28
Como o Grafeno Mudará o Mundo.mp4
FIM
AGRADECEMOS A ATENÇÃO
PERGUNTAS?
2022 29Não perguntem, DEUS tá vendo