Jhonata Souza_FINAL_0106 GRAFENO NO BRASIL E SUAS APLICAÇÕES (1)

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GRAFENO NO BRASIL E SUAS APLICAÇÕES
Christoffer Roberto Barbosa dos Santos, Christopher Menegat Bordin Costa, Giulia Neves Gandra, Jhonata Barbosa Souza, Julia Ramos dos Santos
Orientadora: Roccio Del Pilar Bendezu Hernandez, Engenharia Química 
RESUMO
A multifuncionalidade do grafeno descoberta no início do século XXI criou novas oportunidades de desenvolvimento em diversas áreas tecnológicas, assim como na nova área da nanotecnologia. O material apresenta seu conjunto de características únicas em áreas elétrica, química e óptica. A aplicação do grafeno está inserida em diversas áreas tecnológicas, assim contendo tecnologias com aplicação de grafeno no Brasil, Brasil sendo um dos produtores mundiais do grafeno com capacidade de inovação na aplicação de grafeno. Estudo este baseado em uma estratégia qualitativa, por meio de coleta de dados de artigos científicos. Mesmo apresentando pontos negativos em seu processamento o grafeno desde sua descoberta continua a apresentar melhoras em suas aplicações.
Palavras-chave: Grafeno. Grafeno no Brasil. Aplicações do Grafeno. Nanotecnologia. Brasil.
ABSTRAC
The multifunctionality of graphene, discovered at the beginning of the 21st century, created new development opportunities in several technological areas, as well as in the new area of nanotechnology. The material presents its set of unique characteristics in electrical, chemical and optical fields. The application of graphene is inserted in several technological areas, thus containing technologies with application of graphene in Brazil, Brazil being one of the world producers of graphene with the capacity for innovation in the application of graphene. This study is based on a qualitative strategy, through data collection from scientific articles. Even presenting negative points in its processing, graphene since its discovery continues to show improvements in its applications.
Keywords: Graphene. Graphene in Brazil. Graphene applications. Nanotechnology. Brazil.
1. INTRODUÇÂO 
 A pesquisa do grafeno teve seu início em 1947, após a descoberta de Philip Russel Wallace, porém seus estudos sobre o material não foram muito adiante gerando apenas uma ideia superficial da capacidade do material (WALLACE, 1947). Grafeno recebeu este nome após o químico Hanns-Peter Boehm isolar uma folha de grafeno e passar por uma máquina de cristalografia de raio x, definindo a estrutura molecular em 1961, formalmente definindo o termo em 1986 autorizado pela IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada) (FEU, 2018).
 O grafeno foi um material que ficou apenas conhecido entre o meio científico, pois poucos estudos foram feitos sobre o material e baixas quantidade foram produzidas durante décadas, até o ano de 2004 quando André Geim e Konstantin Novoselov da Universidade de Manchester descobriram novas funções para o grafeno e sua real capacidade de resistência, concedendo a eles no ano de 2010 um Prêmio Nobel de Física (HELERBROCK, 2019).
 Com o avanço da tecnologia no século XXI a era da nanotecnologia virou o próximo passo para o aprimoramento da tecnologia, porém novos obstáculos surgiram para este aprimoramento como o baixo custo, a capacidade de produção, versatilidade e durabilidade dos materiais sendo estes os principais requisitos a se resolver. Um dos materiais que cumpre estes requisitos é o grafeno, tornando-se um material chave para o desenvolvimento da nanotecnologia entre outras áreas pois o material tem uma grande resistência sendo 200 vezes mais resistente que o aço, além de ser mais leve e fino e condutor de eletricidade com grande resistência ao calor (SIQUEIRA, 2020).
2. OBJETIVO
 Estudar e avaliar aplicações do material grafeno em tecnologias já existentes no Brasil.
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2.1. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 
 - Processo de obtenção do grafeno.
 - Áreas em qual componentes de grafeno são utilizados.
 - Viabilidade do material em termos de custo, durabilidade capacidade de produção.
3. JUSTIFICATIVA
Tem-se como principal incentivo para a realização deste projeto a necessidade de pesquisa sobre as utilidades e riscos que o grafeno pode oferecer tendo em vista que ele pode resultar no surgimento de novas tecnologias capazes de expandir e avançar a era tecnológica impactando em diversos setores tais como a construção civil, a medicina, a ciência, o meio ambiente e entre outras. Visa-se assim um melhor estudo das suas aplicações possíveis e seus riscos oferecidos uma vez que o grafeno é estudado e utilizado em grande escala pela ciência, porém há pouco tempo explorados podendo assim apresentar algumas falhas e problemas. Como é um material com melhores características como boa condução, maior resistência, flexibilidade, impermeabilidade, sustentabilidade (já que o uso do grafeno possibilitou reduzir drasticamente a pegada de carbono em comparação aos métodos convencionais de produção de concreto, o que torna o material mais sustentável e mais ecológico). A eficiência desta tecnologia resultada pelo bom uso de todas as suas características reforça a ideia de sua capacidade e multifaces que o agrega o nome de Material do futuro. 
 Também será apresentado no decorrer deste projeto as possíveis substituições que o grafeno pode exercer sobre materiais do nosso cotidiano, tais como silício e materiais de construção que tiveram sua explosão de uso principalmente após a revolução industrial e o avanço da era tecnológica, mas que agora devido ao fato de serem fontes esgotáveis não sustentáveis e de alto custo demandam a substituição pelo grafeno o mais rápido possível. O estudo presente visa permitir que não apenas pesquisadores e cientistas da área ampliem seus conhecimentos sobre o material, mas também que outras pessoas que utilizam de alguns materiais/serviços com a existência de grafeno em sua composição tenham acesso as informações aqui expostas sobre as propriedades, funções, riscos oferecidos e entre outros. 
4. METODOLOGIA 
Este estudo está baseado em uma estratégia qualitativa de pesquisa de caráter exploratório por meio de diferentes fontes. Será abordado o tipo de pesquisa utilizada apresentando diferentes frentes de pensamentos e linhas de pesquisas nas quais podemos destacar artigos científicos, reportagens e estudos de casos acerca do material aqui estudado.
5. FUNDAMENTAÇÂO TEÓRICA
De acordo a revista Pesquisa (2020) o Brasil se encontra como um dos produtores globais do grafeno visto a amplitude tecnológica proporcionada pelo material.
O grafeno consiste em uma forma cristalina do carbono assim como o diamante e o carvão. Basicamente é uma camada fina de grafite. Tão fina que se torna quase impossível de se enxergar a olho nu, porém o que o diferencia é que possui em sua estrutura uma forma hexagonal com distribuição de seus átomos individuais, gerando uma fina camada de carbono. Com essas características o grafeno é o material mais resistente, leve, flexível e fino que existe, além de sua alta condutibilidade de eletricidade e calor o tornando ótimo para aplicação em semicondutores. Sua aplicação é diversa indo desde roupas a naves espaciais.
 Descoberto recentemente em 2004 por Geim e Novoselov os estudos se mantém em expansão buscando encontrar uma forma mais acessível e barata para produção em grande escala.
Em 2016 na capital Paulista se inaugurou o primeiro centro de pesquisas avançadas em grafeno no país. Pioneiro da América Latina com foco na exploração das propriedades deste material.
 Segundo Vieira e Vilar (2016) diversos métodos para obtenção do grafeno foram desenvolvidos e ainda são aperfeiçoados de forma contínua. Os autores apontam 8 métodos possíveis para obtenção do material, sendo elas: Esfoliação mecânica, Colagem anódica, Crescimento epitaxial sobre carbeto de silício (SiC), Crescimento epitaxial CVD (Decomposição química em fase vapor), Redução química, Redução térmica, Esfoliação em fase líquida e desenrolar nanotubos de carbono.
A esfoliação mecânica, primeira técnicautilizada, consiste em aplicar e retirar uma fita adesiva em um grafite pirolítico altamente orientado (HOPG) e colocar levemente em cima de um substrato de óxido de silício (SiO2). (ALENCAR e SANTANA, 2016).
Já na colagem anódica que é considerada uma técnica barata e rápida tem-se a possibilidade de trabalhar com uma quantidade maior de grafeno o que não é possível no processo de esfoliação mecânica.
Para uso do método de Crescimento epitaxial sobre SiC é necessário condições elevadas de temperaturas, aproximadamente 1700°C. Para o emprego do Crescimento epitaxial CVD se tem um melhor desempenho apesar do difícil processo e alto custo. 
Em outras técnicas Nascimento e Filho (2020) apontam as seguintes características de cada processo: Redução química: Possui um alto rendimento e baixo custo, porém trás defeitos na estruturais e perturbações da estrutura eletrônica do grafeno. Esfoliação em fase líquida: técnica direta simples, possibilita produção em larga escala e com baixo custo, porém é um processo demorado e impuro. Desenrolar nanotubos de carbono: É um método complicado, porém que possibilita a produção em larga escala, com alta qualidade (quando produzido através do ataque por plasma).
Por ser um material com aplicações e características abrangentes se torna um material promissor em diversas áreas. Há diversos estudos sendo feitos para o aprofundamento das utilidades do Grafeno como a dessalinização da água, que consiste em filtrar por um filtro excepcionalmente fino feito de grafeno de forma que ele retenha o sal e até mesmo elementos radioativos da água (GODINHO, et al 2021).
De acordo com Alves Filho (2017), a medicina tem avançado cada vez mais em pesquisas aprofundando o uso de grafeno para o sistema nervoso central, assim combatendo doenças como Alzheimer, Parkinson e tumores cerebrais e também em estudos relacionados a engenharia de materiais se mostra como a síntese do grafeno biodegradável tem tamanha importância para imitar e atrair células tronco. A técnica já mostrou efetividade em ratos (SOUZA, 2015). A importância desse estudo para o futuro da medicina é uma revolução de forma que os processos de regeneração ósseas resultariam em ossos mais saudáveis, fortes e processos de cicatrização mais rápidos.
Entre as indústrias de construção civil, tem sido muito útil em pesquisas, ao descobrirem uma forma de incorpora-lo no concreto de fazendo com que aumente a resistência e sua alta impermeabilidade, além de ter um elevado desempenho mecânico o que suportaria ficções prematuras e abalos sísmicos por causas naturais sendo seu custo benefício muito bom por não ter em sua composição substâncias toxicas atribuindo um caráter sustentável e ecológico, o qual reduz também a quantidade de carbono do material (INBEC, 2020).
Atualmente graças a busca cada vez crescente por materiais sustentáveis o grafeno vem ganhando espaço e sendo utilizado como substituição de materiais poucos eficientes, ele pode ter a possibilidade de ser sintetizado de infinitas maneiras diferentes, porém apenas algumas delas podem ser taxadas como economicamente acessível e efetivas.
Como já mostrado, o grafeno tem destaque no mercado por ter suas propriedades excepcionais como a dissipação térmica, suportar enormes pressões, alta condutividade elétrica, alta durabilidade, resistência mecânica, além de ser quatro vezes mais resistente à penetração da água do que os materiais convencionais utilizados na construção civil tal como cimento.
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6. CONCLUSÃO
O Brasil mesmo com sua alta capacidade de produção do grafeno ainda enfrenta dificuldades no processo de obtenção do material em largas quantidades, pois mesmo com uma variedade de processos de obtenção do material tem como sua maioria falhas em quantidade, qualidade e baixo custo, o único destes processos com mais sucesso é o processo de Crescimento epitaxial CVD, procedimento este com melhor qualidade e quantidade, porém seu alto custo e dificuldade de processo ainda são um ponto negativo em sua utilização.
Mesmo com seus pontos negativos no processamento do grafeno, ainda continua a ser um material com características únicas e suas aplicações ainda tem muito a aderir a futura tecnologias, sua relevância no desenvolvimento de pesquisas em medicina já mostra seu resultado no combate contra Alzheimer e Parkinson.
O grafeno continua a expandir seu mercado por sua alta flexibilidade em diversas áreas, desde sua descoberta testes e sínteses do material continuam a apresentar melhorar em seu resultado de aplicações.
REFERÊNCIAS
ALENCAR, Eduardo; SANTANA, Delano. Processo de Obtenção do Grafeno, suas aplicações e sua importância para o Brasil. Disponível em :. Acesso em 27 mai. 2021.
ALVES FILHO, Manuel. Grafeno é usado em pesquisa sobre sistema nervoso central. Disponível em:. Acesso em: 27 abr. 2021.
BRASIL. Constituição da República Federativa do Brasil de 1988. Brasília: Presidência da República, [2016]. Disponível em: http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/constituicao/constituicao.htm. Acesso em: 20 mai. 2021.
FAPESP. O Primeiro Centro de Pesquisas em Grafeno no País. Disponível em: . Acesso em: 26 mai. 2021.
FEU, Karla. Graphne Chemistry. 2018. Pág.01. Disponível em: . Acesso em: 18 abr. 2021.
FUENTE, Jesus .The CVD Process. Disponivel em :. Acesso em 26 abr. 2021.
GODINHO, Alexandre; MODAELI, Eric Vinicius; BATISTA, Victor. O grafeno na dessalinização d’água e o impacto nas regiões com crise hídrica. Disponível em:. Acesso em: 27 abr. 2021. 
HELERBROCK, Rafael. Grafeno. Mundo Educação, 2019. Disponível em: . Acesso em: 18 abr. 2021.
INBEC. O que é grafeno e quais suas aplicações na Construção Civil? Disponível em :. Acesso em: 27 abr. 2021.
JESUS, Karla; FREIRE, Estevão; GUIMARÃES, Maria. Grafeno: Aplicações e
Tendências Tecnológicas. Universidade Federal do Rio de Janeiro. 2012.
MARION, Bianca; HASAN, Nasser. Grafeno: inovações, aplicações e sua comercialização. Inter faces cientificas. 2016.
NASCIMENTO, José; FILHO, Ramilio. Grafeno: processos de produção e suas aplicações. Faculdade de Tecnologia de Taquaritinga (Fatec), 2020.
SIQUEIRA, Ethevaldo. O grafeno é 200 vezes mais forte que o aço. Mundo Digital, 2020.Disponível em: . Acesso em: 18 abr. 2021.
SOUZA, Nelly Cristina. Produção e estudo biológico de nanocompósitos a base de nanohidroxiapatita e nanotubos de arbo para regeneração óssea. 
Universidade Do Vale Do Paraíba. 2015.
UCS. Pesquisadores da UCS desenvolvem método para produção de grafeno. Disponível em :. Acesso em 27 abr. 2021.
WALLACE, Philip. The Band Theory of Graphite: Physical Review. Edição 71. (1947).